Sferoïde: het levende bolletje cellen dat medicijnonderzoek verandert

Bijgewerkt: 5 augustus 2026 · 6 min leestijd

Een sferoïde is een piepklein bolletje van levende cellen, meestal niet groter dan een speldenknop, dat wetenschappers in het laboratorium kweken om weefsel in het menselijk lichaam na te bootsen. In plaats van cellen plat te laten groeien op de bodem van een plastic kweekschaaltje — zoals decennialang de standaard was — laat men ze in een sferoïde vrij in de ruimte samenklonteren tot een driedimensionale bol. Daardoor gaan de cellen zich onderling gedragen zoals ze dat ook in een orgaan zouden doen: ze raken elkaar aan alle kanten, wisselen signalen uit en vormen een omgeving met een kern en een buitenkant, net als een echt stukje weefsel.

Een handige vergelijking: een plat gekweekte cellaag is als een pannenkoek, uitgesmeerd en overal even dik en even goed bereikbaar. Een sferoïde is als een gehaktbal. De buitenkant krijgt volop zuurstof en voedingsstoffen, terwijl het midden daar veel moeilijker bij kan. Precies dat verschil — tussen de buitenkant en de kern — is wat een sferoïde zo waardevol maakt: het is een van de eenvoudigste manieren om in een schaaltje na te bootsen hoe een tumor of een orgaan zich in het lichaam gedraagt, inclusief de zuurstofarme kern die in echte tumoren ook voorkomt.

Wat is het precies?

Een sferoïde ontstaat doordat cellen, wanneer ze niet aan een oppervlak kunnen hechten, spontaan naar elkaar toe bewegen en samenklonteren. Onderzoekers maken hier op verschillende manieren gebruik van.

Bij de zogeheten hangende-druppelmethode wordt een piepkleine druppel celvloeistof ondersteboven aan het deksel van een schaaltje gehangen. Door de zwaartekracht zakken de cellen naar het laagste puntje van de druppel en klitten daar samen tot één bolletje.

Een andere veelgebruikte techniek maakt gebruik van speciale kweekplaatjes met een laag waaraan cellen juist niet kunnen hechten (in het Engels: ultra-low attachment plates). Omdat de cellen geen houvast vinden op de bodem, zoeken ze houvast bij elkaar en vormen zo vanzelf een bol. Ook bestaan er methoden met magnetische levitatie, waarbij cellen met minuscule magnetische deeltjes worden beladen en met magneten in de lucht bijeen worden gehouden, en methoden met 3D-bioprinting, waarbij cellen laag voor laag worden opgespoten in een gewenste vorm.

Eenmaal gevormd, groeit een sferoïde verder totdat hij typisch enkele tienden van een millimeter tot ongeveer een millimeter groot is. Wordt hij groter, dan ontstaat in het midden vaak een kern van afstervende cellen, omdat zuurstof en voedingsstoffen daar niet meer voldoende doordringen — een verschijnsel dat onderzoekers juist gebruiken om te bestuderen hoe tumoren zich gedragen in zuurstofarme omstandigheden.

Sferoïden worden vaak in één adem genoemd met organoïden, maar het zijn niet dezelfde dingen. Een organoïde ontstaat doordat stamcellen zichzelf organiseren tot een mini-orgaantje met meerdere gespecialiseerde celtypen en een orgaanachtige structuur, bijvoorbeeld een mini-darm of mini-lever. Een sferoïde is doorgaans eenvoudiger: vaak bestaat hij uit één celtype, of een simpele mix van celtypen, die zich bundelen tot een bol zonder de complexe zelforganisatie die organoïden kenmerkt. Sferoïden zijn dus makkelijker en goedkoper te maken, maar ook minder representatief voor een compleet orgaan.

Wat wil men ermee bereiken?

De belangrijkste drijfveer achter sferoïdentechnologie is dat platte celkweken op plastic een slechte voorspeller blijken van hoe medicijnen in het echte lichaam werken. Veel stoffen die in platte kweken veelbelovend leken, faalden later in dierproeven of klinische studies. Sferoïden liggen dichter bij de werkelijkheid en kunnen zo helpen om al vroeg in het ontwikkelproces betere en foutievere kandidaat-medicijnen eruit te filteren.

Een tweede doel is het verminderen van dierproeven. Testen op muizen en ratten zijn duur, tijdrovend en ethisch beladen. Als een sferoïde van menselijke levercellen al vroeg laat zien dat een stof giftig is voor de lever, hoeft die stof niet eerst op dieren getest te worden om dat te ontdekken.

Daarnaast hopen onderzoekers op gepersonaliseerde geneeskunde: door sferoïden te kweken van tumorcellen van een individuele patiënt, kan in theorie worden getest welke chemotherapie bij die specifieke persoon het beste aanslaat, nog voordat de behandeling daadwerkelijk wordt toegediend.

Ten slotte zien onderzoekers sferoïden als bouwsteen voor weefselengineering: kleine bolletjes weefsel die kunnen samensmelten tot grotere structuren, mogelijk ooit bruikbaar voor het kweken van transplanteerbaar weefsel.

Voorbeelden uit de praktijk

Het onderzoek naar wat destijds "multicellulaire tumorsferoïden" werd genoemd, geldt als een van de vroege mijlpalen in dit veld. In de jaren zeventig van de vorige eeuw gebruikten kankeronderzoekers dergelijke sferoïden als model om te bestuderen hoe bestraling en chemotherapie doordringen in een tumor, en waarom cellen in de kern van een tumor vaak beter bestand zijn tegen behandeling dan cellen aan de rand.

Het Zwitserse bedrijf InSphero, opgericht als spin-off vanuit de ETH Zürich, maakt sinds ruim een decennium standaard 3D-microweefsels — onder meer levers, tumoren en eilandjes van Langerhans (relevant voor diabetesonderzoek) — die farmaceutische bedrijven wereldwijd gebruiken om nieuwe medicijnen te testen op giftigheid en werkzaamheid voordat er een dierproef of klinische studie aan te pas komt.

In Nederland ontwikkelt het Leidse bedrijf MIMETAS de OrganoPlate, een kweekplaat met microscopisch kleine kanaaltjes waarin cellen driedimensionale structuren vormen, waaronder sferoïde-achtige clusters, onder condities die stroming van vloeistof nabootsen zoals die ook in bloedvaten voorkomt.

Grote laboratoriumtoeleveranciers zoals Corning bieden inmiddels kant-en-klare sferoïde-kweekplaten aan, waarmee ook kleinere universiteitslabs zonder gespecialiseerde apparatuur op grote schaal sferoïden kunnen produceren voor bijvoorbeeld kankeronderzoek.

Ook in de context van 3D-bioprinting worden sferoïden gebruikt: kleine bolletjes weefsel dienen dan als "bio-inkt", die laag voor laag wordt opgebouwd tot grotere weefselstructuren, een techniek die onder meer wordt onderzocht voor het namaken van kraakbeen en huidweefsel.

Hoe ver is de techniek?

Sferoïdenkweek is inmiddels een volwassen, routinematig toegepaste techniek in de farmaceutische industrie en de academische kankerbiologie. Het maken van een basale sferoïde is relatief eenvoudig en goedkoop geworden, en veel onderzoeksgroepen doen dit standaard naast platte celkweek.

Een belangrijke steun in de rug kwam eind 2022 met de Amerikaanse FDA Modernization Act 2.0. Deze wet schrapte de verplichting dat nieuwe medicijnen eerst op dieren getest moeten worden voordat ze bij mensen mogen worden onderzocht, en opende expliciet de deur voor alternatieve methoden zoals celkweekmodellen, orgaan-op-chip-systemen en computersimulaties. Dit betekent niet dat dierproeven meteen verdwijnen, maar het geeft bedrijven meer ruimte om sferoïden en vergelijkbare technieken serieus als alternatief in te zetten.

Toch blijven er duidelijke beperkingen. Sferoïden missen bloedvaten, waardoor grotere exemplaren vanzelf een zuurstofarme, afstervende kern krijgen — nuttig om tumorbiologie te bestuderen, maar een vertekening als je juist gezond weefsel wilt nabootsen. De reproduceerbaarheid tussen verschillende laboratoria en zelfs tussen verschillende kweekbeurtjes in hetzelfde lab is lastig te garanderen: de grootte en vorm van sferoïden kan flink variëren. Ook blijft het lastig om in een sferoïde het samenspel na te bootsen tussen heel veel verschillende celtypen tegelijk, zoals dat in een echt orgaan gebeurt, en het opschalen naar grote hoeveelheden voor industrieel medicijnonderzoek vergt nog altijd zorgvuldige standaardisatie.

Wie werken eraan?

Naast InSphero en MIMETAS zijn vrijwel alle grote farmaceutische bedrijven — van Roche en Novartis tot Pfizer en AstraZeneca — actief betrokken bij sferoïdenonderzoek, veelal in samenwerking met gespecialiseerde technologieleveranciers. Corning Life Sciences en andere laboratoriumtoeleveranciers zoals Thermo Fisher Scientific leveren de kweekplaten en materialen die het merendeel van de academische en industriële sferoïdenexperimenten wereldwijd mogelijk maken.

Op academisch vlak vormen kankeronderzoekscentra van oudsher de kern van dit veld, aangezien multicellulaire tumorsferoïden decennialang een standaardmodel zijn geweest binnen de radiobiologie en oncologie. Universiteiten met een sterke traditie in celbiologie en tumorbiologie, waaronder verschillende Nederlandse academische ziekenhuizen en universitair medische centra, gebruiken sferoïden routinematig in hun onderzoek naar kankerbehandelingen.

Ten slotte speelt ook regelgeving een rol bij wie er aan meewerkt: instanties als de Amerikaanse FDA en de Europese equivalenten volgen de ontwikkeling van niet-diergebaseerde testmethoden op de voet, omdat zij uiteindelijk moeten beoordelen of resultaten uit sferoïdenmodellen betrouwbaar genoeg zijn om als bewijs te dienen in de goedkeuring van nieuwe medicijnen.