{"id":15401,"date":"2026-05-22T09:25:41","date_gmt":"2026-05-22T09:25:41","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/katharina-nitsche\/"},"modified":"2026-05-22T09:25:49","modified_gmt":"2026-05-22T09:25:49","slug":"katharina-nitsche","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/katharina-nitsche\/","title":{"rendered":"Katharina Nitsche"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":15402,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-15401","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Making cells feel like at home","samenvatting":"De huidige veiligheidsbeoordeling van chemische stoffen verschuift van dierproeven naar alternatieve methoden, omdat dierproeven traag en duur zijn en bovendien vaak de menselijke veiligheidsrisico\u2019s niet nauwkeurig voorspellen. In plaats daarvan worden New Approach Methodologies (NAMs) \u2014 in vitro en computergebaseerde methoden \u2014 ontwikkeld en getest om mensgerichte data te genereren. Deze methoden staan centraal in het Next-Generation Risk Assessment (NGRA) schema, dat gericht is op het beschermen van de menselijke gezondheid via een gelaagd, op blootstelling gebaseerd besluitvormingsproces. Een veelbelovend NAM-instrument zijn microfysiologische systemen (MPS), ook wel bekend als \"organ-on-chip\". Deze celkweeksystemen cre\u00ebren een omgeving die de natuurlijke situatie in het lichaam benadert (\"just like at home\"), door in een 3D architectuur met stromend celkweekmedium de cellen te simuleren en zodoende ook de cellen te voorzien van zuurstof en voedingsstoffen. Echter, ondanks de hoge verwachtingen worden MPS momenteel nog niet op grote schaal gebruikt voor veiligheidsbeoordelingen (binnen een NGRA) vanwege een gebrek aan vertrouwen in de gegenereerde data. Het doel van dit promotieonderzoek was om de mogelijkheden en uitdagingen te verkennen van het implementeren van (lever-)MPS binnen een NGRA schema. Een beter begrip van de \"gereedheid\" van deze complexe kweeksystemen, met name als model voor cholestatische schade (een verstoorde galstroom die leverschade kan veroorzaken), kan de veiligheidsbeoordeling van chemicali\u00ebn verbeteren. Dit is van cruciaal belang omdat huidige celmodellen vaak onvoldoende zijn om cholestatische schade te detecteren, ondanks toenemend bewijs dat veel consumentenproducten en medicijnen dit kunnen veroorzaken.\n\nHoofdstuk 1 introduceert proefdiervrije veiligheidsbeoordeling van chemische stoffen met NAMs in een NGRA-schema en de verwachte rol van MPS. Daarnaast beschrijft het hoofdstuk de relevantie van het begrijpen van de distributiekinetiek van chemicali\u00ebn in MPS, evenals het modelleren van leverfuncties in gezonde en zieke toestand. Ten slotte introduceert het hoofdstuk de gebruikte chemicali\u00ebn en de onderzoeksdoelstellingen.\n\nIn Hoofdstuk 2 hebben we het landschap van MPS in kaart gebracht door commercieel beschikbare systemen en weefselmodellen voor de huid, darmen en lever te bekeken. We vonden dat het fysieke ontwerp van deze chips \u2014 de toegankelijkheid van de cellen en de wijze waarop het celkweekmedium erdoorheen beweegt \u2014 een grote invloed heeft op zowel de mogelijke toepassingen als de biologische aspecten. Door de juiste combinatie van celtypen en materialen te kiezen, kunnen deze modellen worden afgestemd op specifieke veiligheidsvraagstukken, vari\u00ebrend van de absorptie van stoffen door de huid of darm tot de vetstofwisseling in de lever.\n\nIn Hoofdstuk 3 hebben we geanalyseerd welk deel van onze vijf teststoffen daadwerkelijk de cellen bereikt in een commercieel MPS-systeem door de distributiekinetiek te meten en te modelleren. We ontdekten dat verdamping een grote rol speelt bij het verlies van onze teststoffen en dat binding aan het plastic oppervlak en aan eiwitten in het kweekmedium de fractie die beschikbaar is voor de cellen verder kan verkleinen. We concludeerden dat ons computermodel het inzicht in deze distributiekinetiek kan vergroten. Het inzicht helpt niet alleen bij het bepalen van de beschikbaarheid van stoffen, maar ondersteunt ook de vergelijking tussen verschillende in vitro systemen en celkweekopstellingen.\n\nIn Hoofdstuk 4 ontwikkelden we een \u201dproof-of-concept\u201d levermodel op een chip met behulp van de kankercellijn HepaRG om cholestatische schade te modelleren. We lieten de cellen op de chip ontwikkelen zonder chemische toevoegingen (dimethylsulfoxide) om hun functionaliteit op drie onafhankelijke tijdstippen te karakteriseren. De cellen vertoonden een suboptimale leverfunctie, maar reageerden op behandeling met het medicijn rifampicine (dat cholestatische schade vermindert) en de toxische stof 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-dioxin (TCDD). De HepaRG-cellen scheidden een gewijzigde galzuursamenstelling uit, hoewel de totale hoeveelheid gelijk bleef. We concludeerden dat HepaRG-cellen in een MPS kunnen dienen als model voor onderzoek naar cholestatische schade.\n\nIn Hoofdstuk 5 hebben we het model uit Hoofdstuk 4 geoptimaliseerd door dierlijke hydrogels te vervangen door diervrije alternatieven. We stelden vast dat de cellen in alle geteste hydrogels levensvatbaar bleven en zelfs groeiden. Echter, net als in Hoofdstuk 4, vertoonde het gekozen MPS-systeem een suboptimale leverfunctie in vergelijking met het traditionele statische 2D-model. Niettemin concludeerden we dat alternatieve diervrije hydrogels na verdere optimalisatie aanzienlijk potentieel hebben, afhankelijk van de specifieke toepassing.\n\nVoortbouwend op de studie in Hoofdstuk 4 hebben we in Hoofdstuk 6 verschillende leverceltypen vergeleken op diverse MPS-platforms. We onderzochten hun functie en hun vermogen om cholestatische schade te simuleren na behandeling met bekende toxische stoffen. De gouden standaard (primaire humane hepatocyten) en de HepaRG-cellen presteerden vergelijkbaar wat betreft basisfuncties; HepaRGs behielden hun functie tot wel 30 dagen. Echter, de effecten van de cholestatische stoffen werden consistent gedetecteerd in slechts \u00e9\u00e9n type MPS-systeem. Deze vergelijkende analyse toont aan dat hoewel meerdere celtypen functioneel kunnen zijn op een chip, hun relevantie voor het voorspellen van menselijke cholestatische schade sterk verschilt.\n\nIn Hoofdstuk 7 bespreek ik de belangrijkste bevindingen van dit proefschrift, reflecteer ik op de implicaties en beperkingen van dit werk en geef ik aanbevelingen voor toekomstige optimalisatiestudies. Op basis van de data in dit proefschrift bespreek ik de \"gereedheid\" van de systemen in een NGRA-schema. Hierbij benadruk ik het belang van inzicht in in vitro distributie kinetiek om rekening te houden met stofverliezen, evenals de noodzaak om de functionaliteit van cellen in een MPS-systeem transparant te karakteriseren. Tot slot beschrijft het hoofdstuk de ontwikkelingen die nodig zijn om lever-MPS in de toekomst te implementeren als model voor cholestatische schade.","summary":"Current chemical testing is shifting away from animal models because they are slow, expensive, and, most importantly, often do not predict human safety concerns well. Instead, New Approach Methodologies (NAMs)\u2014in vitro and computer-based methods\u2014are being designed and tested to generate human-focused data. These methods are central to a Next-Generation Risk Assessment (NGRA) framework, which aims to protect human health through a tiered, exposure-led decision process. A promising NAM tool are microphysiological systems (MPS), also known as \"organ-on-chip\u201d. These cell culture devices create an environment that is \"just like at home\u201d, with a 3D architecture that simulates media flow, thereby supplying the cultured cells with oxygen and nutrients. However, despite high expectations as a human-relevant model, MPS are not yet widely used for safety decisions (within a NGRA) due to a lack of confidence in the data they generate. The aim of this PhD project was to explore the potential and challenges of implementing (liver-) MPS within a NGRA toolbox. A better understanding of the \u201creadiness\u201d of these complex systems, particularly as a model for cholestatic injury (impaired bile flow that can cause liver damage), they can help improve chemical safety testing. This is especially critical because current models often are insufficient to capture cholestatic injury, despite increasing evidence that many consumer chemicals and drugs can cause it. \n\nChapter 1 introduces chemical safety testing with NAMs in a NGRA toolbox and the expected role of MPS. Furthermore, the chapter describes the relevance of understanding chemical distribution kinetics in MPS, as well as how to model liver functions in health and disease. Lastly, the chapter introduces the used chemicals and outlines the research aim with objectives. \n\nIn Chapter 2, we mapped the landscape of MPS by reviewing commercially available devices and organ tissue models for skin, intestine and liver. We found that the physical design of these chips\u2014the accessibility of the cells and how culture medium move through them\u2014has a major impact on the possible applications but also the biological concerns. By choosing the right combination of cell types and materials, these models can be tailored to study specific safety concerns, ranging from how the skin or intestine absorbs a chemical to how the liver metabolises a chemical. \n\nIn Chapter 3, we analysed how much of our five test chemicals can actually reach the cells in a commercial MPS device by measuring and modelling the distribution kinetics. We found that evaporation plays a major role in chemical losses, and that binding to the large plastic surface and to proteins in the culture medium can further reduce the fraction of chemicals available to the cells. We concluded that our computational model can enhance the understanding of chemical distribution kinetics. The understanding not only helps to determine the chemical availability but also aids in comparing different in vitro systems and cell culture setups. \n\nIn Chapter 4, we developed a liver cell model on-chip using the proof-of-concept cancerous cell line HepaRG to model cholestatic injury. We matured the cells on chip without chemical supplementation (dimethyl sulfoxide) to characterise their functionality at three independent time points. We found that the cells exhibited suboptimal liver function but responded to the exposure with cholestasis treatment drug rifampicin, as well as to the liver toxicant 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-dioxin. The HepaRG cells secreted an altered bile acid composition but did not reduce the overall secreted amount. The treatment also did not affect other cell health markers. We concluded that HepaRG cells on an MPS can serve as a model to investigate cholestatic injury.\n\nIn Chapter 5, we optimised the model from Chapter 4 by replacing animal-derived cell culture hydrogels with animal-free alternatives. We found that all hydrogels allowed the cells to remain viable and even to proliferate. However, as in Chapter 4, we noted suboptimal liver function with the chosen MPS device, compared with the traditional static 2D model. Nevertheless, we concluded that alternative animal-free hydrogels have considerable potential, depending on the application, after further optimisation work. \n\nBuilding on the proof-of-concept study in Chapter 4, we compared in Chapter 6 different liver cell types across various MPS platforms to characterise their function and test their potential to emulate cholestatic injury after treatment with known toxicants. We found that the gold-standard (primary human hepatocytes) and the HepaRG cells performed similarly well in basal function, and that HepaRGs were able to maintain their function for up to 30 days. However, only cells cultured in one MPS device consistently detected the effects of our tested cholestatic agents. We concluded that this comparative analysis demonstrates that multiple cell types may be functional (on-chip) but that their human relevance for predicting cholestatic injury differs greatly.\n\nFinally, in Chapter 7, I discuss the key findings of this thesis, reflect on the implications and limitations of this work, and provide recommendations for future optimisation studies. Based on the data in this thesis, I discuss the \u201creadiness\u201d of the systems in an NGRA toolbox by highlighting the importance of understanding in vitro distribution kinetics to account for chemical losses, as well as the need to transparently characterise the functionality of cells in a MPS device. To conclude, the chapter outlines the developmental needs for implementing liver-MPS as a cholestatic injury model in the future.","auteur":"Katharina Nitsche","auteur_slug":"katharina-nitsche","publicatiedatum":"22 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/katharinanitsche?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/2984b78a-94f1-453e-8892-763f61d559a8\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18867","isbn":"9789465344348","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":15403,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15401","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=15401"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15401\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15404,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15401\/revisions\/15404"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15402"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=15401"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=15401"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}