Afgelopen week reikte de European Research Council twintig subsidies uit aan wetenschappers van Nederlandse onderzoeksinstellingen. In totaal werden deze ronde 102 beurzen toegekend. Met de ERC Proof-of-Concept Grants kunnen hoofdonderzoekers die gefinancierd worden door ERC de stap zetten van baanbrekend onderzoek naar de eerste fases van een commercieel of maatschappelijk project.

Jaap den Toonder, hoogleraar Microsystems aan de faculteit Mechanical Engineering, ontving in 2019 een ERC Advanced Grant van drie miljoen voor onderzoek naar kunstmatige micro-trilhaartjes. Deze ‘artificial cilia’ zijn geïnspireerd op trilhaartjes – cilia – die je in de biologie vindt. Bijvoorbeeld in onze longen, waar ze slijm uit de longen transporteren. Door de kunstmatige trilhaartjes met een magneetveld gecontroleerd te laten bewegen zou je ze kunnen gebruiken om in een micro device vloeistoffen mee te pompen, vertelt Den Toonder. “We willen de trilhaartjes in een microkanaal integreren, zodat we een externe pomp – die je met slangen aan je kanaal moet aansluiten – overbodig maken. We willen dit idee verder ontwikkelen tot een commerciële micropomp die eenvoudiger en flexibeler te gebruiken is, in eerste instantie voor toepassing in Organ-on-a-Chip (OoC). Deze geavanceerde celkweekmodellen zijn gebaseerd op microfluidische devices.”

Met OoC wil Den Toonder het functioneren van menselijke organen, en de ontwikkeling van ziekten in die organen, in het lab nabootsen. “OoC kan worden gebruikt om fundamenteel inzicht te krijgen in de ontwikkeling van ziektes, maar ook voor het testen van de werking van mogelijke medicijnen. Het gecontroleerd pompen van vloeistoffen in OoC is niet alleen van belang om voedingsstoffen of medicijnen bij de cellen te krijgen, maar is heel vaak ook fysiologisch relevant. Denk bijvoorbeeld aan bloedstroming. Dat willen we op een gebruiksvriendelijke manier voor elkaar krijgen met onze cilia-micropomp.”

Afgelopen jaren werkte de onderzoeksgroep van Den Toonder aan de optimalisatie van de minuscule kunstmatige trilhaartjes – in lengte variërend van 10 micrometer tot honderden nanometers. Met succes. “We kunnen de cilia op verschillende manieren laten bewegen, waardoor ze bijvoorbeeld  deeltjes kunnen transporteren of een oppervlak kunnen ‘schoonvegen’. We hebben zelfs lopende microrobotjes gemaakt met de cilia als pootjes. Verder zijn we bezig met cellulaire modellen: we kunnen cellen op onze cilia laten groeien en onderzoeken hoe de cellen reageren op de lokale krachten die we met de cilia op de cellen kunnen uitoefenen.”

Met de kunstmatige micro-trilhaartjes is dus al veel mogelijk, benadrukt Den Toonder. “Met hulp van de ERC Proof-of-Concept subsidie willen we nu gaan bekijken of we in samenwerking met het bedrijfsleven een prototype micropomp kunnen ontwikkelen en een startup kunnen beginnen die deze pomp op de markt moet gaan brengen.”