Upload
iljavandam
View
225
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Hoe repareer je een weefsel of orgaan? Stamcellen kunnen ons daarbij helpen. Maar die moet je dan eerst op een goede manier kunnen kweken. Tissue-engineering is een grote uitdaging. Want zorg maar eens dat je de juiste cellen laat groeien in de gewenste vorm op de goede plek. Er valt nog veel te verbeteren aan bestaande technieken. Bovendien: niet alleen om weefsel te repareren zijn stamcellen handig. We kunnen ook meer leren over een ziekte of aandoening door de cellen op te kweken, en te zien hoe ze reageren op medicijnen. Daar komt onderzoeksconsortium NIRM om de hoek kijken. Zij zoeken naar nieuwe kennis van lichaamsherstel, en betere manieren om regeneratieve geneeskunde in te zetten. In de uitgave 'Help het lichaam zichzelf te herstellen' lees je er alles over.
Citation preview
NIRM
Help het lichaam zichzelf te herstellen
Amsterdam 2016
Help het lichaam zichzelf te herstellenNIRM
NIRM
InhoudVoorwoord 3
Als tissue engineering en stamcelonderzoek elkaar ontmoeten 4
Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel 6
Design je eigen hartklep 9
Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen 12
Bouw een testkit op maat 18
Stamcellen overleven op synthetische hydrogel 20
Herstellen met stamcellen 22
Nooit meer droge beschuitjes 24
Maak je eigen onderzoeksmateriaal 27
Hart geeft nog niet alle geheimen prijs 28
Leverschade herstellen met eigen cellen 32
Bloedcellen met een streepjescode 35
Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde? 36
NIRM partners 38
Colofon 41
Deze uitgave kwam tot stand in samenwerking met NEMO Kennislink, de populair-wetenschappelijke
website voor het Nederlandse taalgebied. Voor meer actuele informatie en nieuws over onderwerpen in dit
boek, raadpleeg: www.nemokennislink.nl/partners/nirm, of één van de volgende thema’s:
www.nemokennislink.nl/thema/er-vroeg-bij-zijn | www.nemokennislink.nl/thema/herstellen-met-
stamcellen | www.nemokennislink.nl/thema/medicijnen-op-maat | www.nemokennislink.nl/thema/
zo-goed-als-nieuw | www.nemokennislink.nl/thema/leven-bouwen-met-moleculen
Voor meerinformatie klik op de links en de ikonen
NIRM
Voorwoord
Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende
resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-
project NIRM. LSH staat voor ‘Life Sciences &
Health’, oftewel de toepassing van de levens-
wetenschappen voor onze gezondheid, en FES
voor ‘Fonds Economische Structuurversterking’,
de zogenoemde aardgasbaten.
NIRM begon zijn activiteiten in 2010, na goedkeuring
door de Nederlandse overheid van een overkoepe-
lend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door een
combinatie van vele partners – waaronder kleine en
middelgrote bedrijven, multinationals, universitaire
en medische onderzoeksgroepen, patiëntenorgani-
saties, en de ministeries van VWS, OCW en EZ.
De FES-subsidie werd ingezet om tot een publiek-
private samenwerkingsverband te komen: tegen
elke euro subsidie van de overheid werd ook een
euro door de partners geïnvesteerd. Na zes jaar
hard werken zijn de resultaten direct inzetbaar
voor patiënten, danwel kunnen ze worden gebruikt
voor onderzoek dat heel dicht bij patiënten staat.
Hiermee heeft het consortium aangetoond dat het
de onderzoeksgelden optimaal heeft ingezet om
bij te dragen aan het verbeteren van de nationale
gezondheid, en voor het aanjagen van de econo-
mische bedrijvigheid in Nederland.Veel van deze
resultaten vindt u terug in dit boek, waarbij u zich
keer op keer zult verwonderen over de laatste ont-
wikkelingen in dit boeiende vakgebied. Ik wens u
dan ook veel leesplezier!
Herman Verheij
L S H - F E S S E C T O R C O Ö R D I N A T O R
Regeneratieve geneeskunde staat volop in de
belangstelling. Diepgaande studies naar stamcellen,
biomaterialen, en netwerken van signalen binnen
en buiten de cel, hebben ons geleerd dat er nog veel
te verbeteren valt aan de huidige technieken die
gebruikt worden om weefsels en organen te repa-
reren. Er zijn krachtige nieuwe technieken ontwik-
keld, zoals het printen van biomaterialen. Of dat we
van een gewone bloedcel weer een stamcel kunnen
maken, om vervolgens te laten uitrijpen naar bijna
elke gewenst celtype. Dat hielden we tien jaar gele-
den nauwelijks voor mogelijk. Het is geen science
fiction, maar gewoon een feit. Meestal op laborato-
riumschaal weliswaar, maar daar beginnen de inno-
vaties die uiteindelijk tot een betere behandeling
leiden. Innovaties die ook onze kenniseconomie
stimuleren. Het is te verwachten dat in de nabije
toekomst ziekten als diabetes en ouderdomsblind-
heid profijt zullen hebben van deze nieuwe ontwik-
kelingen. De basis is gelegd, nu nog het vervolg.
Een afgehakte poot van een salamander groeit er
gewoon weer aan. Bij ons gebeurt dat niet.
Nieuwe kennis omtrent volledig lichaamsherstel
maakt dit op termijn misschien mogelijk. Is dát
science fiction? Wat nu fictie wordt genoemd,
kan straks een feit zijn. Het NIRM is er trots op,
dat we steentjes bijdragen om dromen om te
zetten in kennis.
Ruud Bank & Elaine Dzierzak
P R O G R A M M A D I R E C T E U R S N E T H E R L A N D S I N S T I T U T E O F R E G E N E R A T I V E M E D I C I N E
3
NIRM Infographic
tekst: René Rector beeld: Parkers
Als tissue engineering en stamcelonderzoek elkaar ontmoeten
Hele organen of weefselstructuren buiten het lichaam bouwen, en met behulp
van dat bouwsel het lichaam helpen zichzelf te herstellen: daar gaat het
om bij tissue engineering. Maar tissue engineering is nog niet zo makkelijk.
Want hoe zorg je dat precies het goede weefsel gaat groeien?
1 Een arts neemt stamcellen weg uit het lichaam.
2 In het lab wordt een steiger gebouwd. Dit kan op verschil-lende manieren. Soms wordt een steiger geprint met een 3D-printer. In andere gevallen wordt bio-afbreekbaar materiaal gemodelleerd in de juiste vorm.
4
NIRM
Soms zijn weefsels en organen
zodanig beschadigd, dat ze uit
zichzelf niet meer herstellen.
Wanneer dat herstel wel nodig
is omdat de functie essentieel is
voor een kwalitatief acceptabel
leven, zijn patiënten nu meestal
aangewezen op symptoombestrij-
ding of donatie. Donormateriaal
is echter vaak schaars, en eenmaal
geïmplanteerd moet een patiënt
levenslang medicijnen slikken om
afstotingsverschijnselen te voor-
komen. Bij regeneratieve genees-
kunde gaat het anders: buiten
het lichaam wordt lichaamseigen
celmateriaal opgekweekt, en dat
wordt in plaats van donormateri-
aal geïmplanteerd.
Het blijkt een lastige noot om te
kraken. Als behandelend arts
moet je in staat zijn om buiten
het lichaam voldoende weefsel
op te kweken uit cellen van de
patiënt. Bovendien moet dat
weefsel op precies de goede
manier ontwikkelen, zodat het
de juiste functie kan uitoefenen.
Daartoe maken tissue engineers
vaak buiten het lichaam een soort
steiger (een scaffold, in vak-
termen) van bio-afbreekbaar
materiaal. Door het materiaal
“slim” te maken en er vervolgens
lichaamseigen cellen op aan te
brengen, groeit in het lab nieuw
weefsel in de juiste vorm met de
juiste functie. Als lichaamseigen
cellen blijken stamcellen het goed
te doen, omdat die nog niet uit-
ontwikkeld zijn. “Slim maken”
betekent dat er in steigermateriaal
instructies worden ingebakken
zodat de stamcellen weten wat
ze moeten doen.
3 Op de steiger worden stam-cellen aangebracht. De steiger is voorzien van wegwijzers die stamcellen helpen zich op de gewenste manier te ontwikkelen.
4 De nieuwe structuur wordt operatief geplaatst. Daar neemt het lichaam de herstelwerkzaam-heden over. Afstotingsverschijn-selen zijn er niet, omdat het implantaat uit eigen cellen is opgekweekt.
5
NIRM Interview
tekst: Rineke Voogt
Waarom is onderzoek aan paardenkraakbeen zo belangrijk?“Veruit de meeste dieren die we hebben gedomesti-
ceerd zijn belangrijk vanwege hun producten. Maar
bij het paard gaat het echt om de beweging: paarden
werden ingezet in het leger, de landbouw, het trans-
port – en nu vooral in sport. Vergelijk het maar met
sportgeneeskunde: het bewegingsapparaat van
het paard is essentieel. De meeste gezondheids-
problemen die we in de paardenwereld tegenkomen,
zitten dan ook in het spier-skeletstelsel. Beschadigd
gewrichtskraakbeen is een van de grootste oorzaken
van slecht functioneren.”
En die schade is niet te repareren?“Kraakbeen is ingewikkeld spul. In tegenstelling
tot bijna alle andere weefsels herstelt het zich bij
volwassenen na beschadiging niet. Kraakbeencellen
maken zeer langzaam nieuw collageen aan; je zou
zo’n driehonderd jaar moeten wachten voor
gewrichtskraakbeen volledig vernieuwd is. Dat het
zo slecht herstelt weten we trouwens al sinds een
publicatie erover in 1743, maar een oplossing is er
nog steeds niet. Bij iemand met een gat in het kraak-
been worden nu vaak gaatjes geboord in het onder-
liggende bot, zodat cellen uit het beenmerg het gat
kunnen opvullen met nieuw weefsel. Dan ontstaat
echter altijd littekenweefsel dat een veel slechtere
kwaliteit heeft dan het originele kraakbeen. Een
andere optie is het hele gewricht vervangen door
een kunstgewricht, maar kunstgewrichten zijn niet
optimaal en hebben maar een beperkte levensduur.
Wij zoeken naar een oplossing met stamcellen, zodat
het kraakbeen zichzelf wél kan herstellen.”
Hoe gaat dat in zijn werk?“Het idee is: kraakbeen kun je niet namaken, maar
je kunt wel een biomateriaal (een zogenoemde
scaffold) implanteren waar cellen in overleven
die nieuw kraakbeen aanmaken. Daarvoor
werken we samen met het Universitair Medisch
Centrum Utrecht; zij werken met 3D-printers aan
dat biomateriaal. Er zijn nog veel variabelen in dat
onderzoek: je kunt kraakbeencellen, kraakbeen-
stamcellen, of algemenere IPS-cellen gebruiken.
Ook werken we binnen NIRM ook aan een biomate-
riaal met ‘vesikels’. Dat zijn blaasjes met stoffen,
bijvoorbeeld RNA, die zorgen voor de communicatie
Dierenarts René van Weeren doet onderzoek naar het “bioprinten” van kraakbeen
bij paarden. Schade aan kraakbeen is iets dat de paardensport graag wil verhelpen.
Maar ook voor oplossen van kraakbeenschade bij mensen biedt dit onderzoek
perspectief, vertelt Van Weeren, hoogleraar aan de Universiteit Utrecht.
“ Je zou zo’n driehonderd jaar moeten wachten voor gewrichts-kraakbeen volledig vernieuwd is.”
Een paardenmiddel – kraakbeen printen
6
NIRM
voor gewrichtsherstel
Een paard wordt na behandeling op een speciale loop-band geplaatst. Met camera’s en andere meetapparatuur houden de onderzoekers precies bij hoeveel druk er op de gewrichten staat en of alle benen gelijk worden belast.
Een paardenmiddel – kraakbeen printen
7
NIRM Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel
tussen cellen. Als die vesikels je eigen kraakbeen-
cellen ertoe kunnen aanzetten dat ze wél weer
collageen produceren, heb je geen stamcellen
meer nodig.”
IPS-cellenInduced pluripotent stem cells (IPSC’s of IPS-cellen)
zijn stamcellen die gemaakt worden uit volwassen
huidcellen. Die stamcellen kunnen zich vervolgens
specialiseren tot zeer uiteenlopende type cellen.
Het voordeel van het gebruik van deze stamcellen is
dat je ze kunt kweken van de patiënt zelf. Dat voor-
komt problemen met het immuunsysteem.
Zijn deze technieken al in de praktijk toegepast?“Het groeien van de cellen in het biomateriaal kun je
in vitro testen. Aan onze kant doen we de testen bij
paarden. Gelukkig is het bij paarden veel makkelijker
om allerlei dingen te meten dan bij klassieke proef-
dieren als een muis of rat. We maken dan een klein
defect in het kraakbeen, waarna het paard de inter-
ventie met het geprinte biomateriaal krijgt. Vooraf,
gedurende de proef en achteraf onderzoeken we het
paard grondig. We zetten het bijvoorbeeld op een
loopband, waarbij we precies kunnen meten hoeveel
kracht het zet op de grond, wat de hoeken in de
gewrichten zijn, of welk been kreupel is. Met came-
ra’s kunnen we de hele beweging analyseren. En
met een soort kijkoperatie kunnen we zelfs visueel
volgen of en hoe het kraakbeen zich herstelt.
Biomarkers in de gewrichtsvloeistof vertellen ons
of er een ontsteking is opgetreden, en of er extra
collageen is aangemaakt of afgebroken.”
En?“We zijn er nog lang niet: als we erin zouden slagen
echt goed kraakbeenweefsel aan te maken, dan staan
we zo op de rol voor de Nobelprijs. Het materiaal is
nog steeds niet optimaal: bij een aantal proeven viel
tegen dat het kraakbeen snel verdwenen was. De
procedure moet nog verbeterd worden. Het is bij een
paard lastig dat het geïmplanteerde materiaal meteen
al op de proef gesteld wordt, want het dier belast
zijn been al direct na de operatie als het gaat staan.
Wat dat betreft zijn mensen makkelijker. Die kun je
gewoon opdragen om een tijd plat te gaan liggen.”
Pijnloze slijtageSchade aan gewrichtskraakbeen is in eerste instantie
niet merkbaar: kraakbeenweefsel heeft geen zenuwen.
Maar als er eenmaal beschadiging is opgetreden,
slijt de rest van het kraakbeen ook sneller weg. En dat
levert wel pijn op, omdat het onderliggende bot – dat
wél heel goed van zenuwen voorzien is, en dus heel
gevoelig – dan bloot komt te liggen.
Dit onderzoek biedt ook perspectief voor mensen met gewrichtsproblemen. Hoe groot is de stap van paard naar mens?“Aan het begin van ons onderzoek hebben we
gekeken naar de dikte, samenstelling en andere
eigenschappen van kraakbeen van verschillende
dieren. We hebben wel 120 dieren vergeleken van
58 zoogdiersoorten – dieren die in de dierentuin
doodgaan, komen namelijk bij ons voor analyse.
Wat bleek: het kraakbeen van veel dieren zwaarder
dan een kilogram is heel vergelijkbaar. En van een
paard en een mens ligt het type kraakbeen zeer dicht
bij elkaar. Als reparatie bij het paard lukt, dan lukt
het bijna vanzelfsprekend ook bij de mens. Daarom
kunnen we ook hecht samenwerken met onderzoe-
kers aan de humane kant, van het UMC Utrecht.
Doelsoort voor dit onderzoek is niet alleen het
paard, maar ook de mens.”
“ Als we erin zouden slagen echt goed kraakbeenweefsel aan te maken, dan staan we zo op de rol voor de Nobelprijs.”
8
NIRM Case study
Een nieuw soort implanteerbare hartklep die lijkt
op een echte klep is hard nodig. De kunstmatige
exemplaren die nu worden gebruikt voor implan-
tatie hebben behoorlijke nadelen. Carlijn Bouten,
hoogleraar Biomedische technologie aan de
Technische Universiteit Eindhoven legt uit: “Een
mechanische prothese leeft niet. Die is gemaakt
van kunststof en metaal, en kun je horen tikken.
Wat erger is: deze kleppen slaan de bloedlichaam-
pjes kapot. Je moet daarom je leven lang medicijnen
slikken tegen trombose. Maar met zulke bloedver-
dunners zijn bloedingen lastig te stoppen. Kortom:
de kwaliteit van leven gaat voor een patiënt wel
omhoog, maar eigenlijk krijg je een aandoening
erbij.” Een biologische klep van een donor(dier) is
evenmin ideaal, omdat je die na zo’n vijftien jaar
moet vervangen. Voor jonge patiënten betekent
dat een reeks risicovolle operaties, want voor deze
groep – zesduizend Europese kinderen per jaar
hebben een nieuwe hartklep nodig – worden er
geen kunstkleppen op maat worden gemaakt.
Donorkleppen zijn bovendien schaars.
Design je eigen hartklep
Mensen met een lekkende of vernauwde hartklep kunnen een vervangende
kunstklep geïmplanteerd krijgen. Maar een mechanische kunsthartklep vergt
levenslang gebruik van medicijnen en een klepprothese van dierlijk materiaal
slijt snel. Beide kleppen groeien bovendien niet met de patiënt mee. Carlijn
Bouten werkt aan een alternatief: een implantaat dat na plaatsing lichaams-
eigen cellen aantrekt en daarvan zelf een nieuwe hartklep vormt.
1 Het hart pompt onafgebroken bloed rond in het lichaam.
2 Door een slecht functio- nerende hartklep moet het hart te hard werken. Uiteindelijk is dat funest.
3 De tissue engineerd kunsthartklep wordt op de plek van de defecte lichaamseigen hartklep geplaatst.
tekst: Rineke Voogt beeld: Hartstichting
9
NIRM
Dat moet anders kunnen, dachten Bouten en col-
lega’s. Al eerder werkten zij aan een nieuw type, in
het lab opgekweekte tissue-engineered kunsthart-
klep. “Hartkleppen gaan honderdduizend keer per
dag open en dicht. Het idee is dat levende kleppen
een stuk beter functioneren. Ze slijten niet, en zijn
‘self-healing’. Ze passen zich aan aan nieuwe om-
standigheden, zoals bijvoorbeeld een verhoogde
bloeddruk. Via tissue-engineering kun je levende
prothesen bouwen, en we wilden dat ook voor
hartkleppen doen.”
Een leven langMet zo’n tissue-engineered klep, gemaakt uit
lichaamseigen cellen, vang je de nadelen op van de
gebruikelijke kunstkleppen: geen trombose of afsto-
tingsverschijnselen, en levende tissue-engineered
kleppen kunnen meegroeien met de patiënt en een
leven lang meegaan.
Maar een in het lab gekweekte hartklep heeft ook
nadelen. Het is niet duidelijk van wie de hartklep
eigenlijk is – de onderzoekers, de patiënt, of de arts?
Een infectie is gauw opgelopen. Bovendien: de kweek
kost ruim acht weken en is erg duur. Daarom zijn de
Eindhovense onderzoekers een andere weg ingesla-
gen: het implanteren van een levenloze steiger -
een scaffold, in jargon – die zich in het lichaam zelf
ontpopt tot een volledig functionerende hartklep.
HulpstoffenHet principe is simpel: neem een stevig, maar
poreus plasticachtig materiaal dat in het lichaam
afbreekbaar is, implanteer het, en laat het lichaam
die scaffold zelf opvullen met eigen cellen. Bouten:
“Het lichaam kan heel goed zelf weefsel maken.
Kijk maar naar de reparatie van een wond. Een ont-
steking zet het lichaam aan tot reparatie. Het enige
wat je hoeft te doen, is dat proces in goede banen
leiden.” De groep van Bouten begeleidt het groei-
proces, door bijvoorbeeld aan de scaffold bepaalde
actieve moleculen toe te voegen die de genezing
bevorderen door monocyten (een type witte bloed-
cel) uit het bloed aan te trekken. De cellen vormen in
de mal van de scaffold dan langzaam maar zeker een
sterk weefsel. Al eerder slaagden de Eindhovense
wetenschappers erin om met die methode bloed-
vaten te vervangen.
De scaffoldHet implantaat, de scaffold die de basis vormt voor de
hartklep, bestaat uit draadjes biologisch afbreekbare
polymeren van een duizendste millimeter dun. Biotech-
nologiebedrijf Xeltis bouwt die scaffolds. “Ongeveer
zoals je een suikerspin maakt”, vertelt Martijn Cox van
Xeltis. Met elektrische lading wordt een lange dunne
draad om een mal van een harklep gesponnen, waar-
door een 3D-netwerk ontstaat waar lichaamscellen in
kunnen blijven haken.
Speciale groepenMechanisch lijkt de klep al goed te werken. De uit-
daging is om de klep in het lichaam precies het goede
weefsel te laten groeien. Een hartklep moet sterk
zijn, maar tegelijk flexibel. Hij moet de juiste vorm
krijgen. En de afbraak van de scaffold moet niet te
snel of te langzaam gebeuren. “Dat proces moeten we
nog finetunen”, zegt Bouten. En dat gebeurt buiten
het lichaam, in het Eindhovense lab. De scaffolds
worden in een bioreactor geplaatst waarin ze worden
voorzien van stromend kunstbloed, om de situatie
in het lichaam zo goed mogelijk na te bootsten. Een
“humaan modelsysteem”, noemen de onderzoekers
het. Bouten: “We moeten nog veel testen. Je wilt
weten hoe snel het weefsel groeit, en hoe je de
afbraak van het scaffoldmateriaal aan- of uitzet. Een
scaffold heeft bepaalde eigenschappen, maar als het
weefsel erin groeit veranderen die. Zie het als een
Ikea-test: je moet zeker weten dat de klep uiteinde-
lijk kan en volhoudt waar die voor bedoeld is.”
10
NIRM Design je eigen hartklep
Waar in het lab van Bouten de “in vivo-situatie”
wordt nagebootst, kun je ook de omstandigheden
van een ziek of oud lichaam simuleren. Bij mensen
met diabetes gaat het genezen van een wond bij-
voorbeeld langzamer dan bij gezonde mensen, dus
daar moet rekening mee worden gehouden bij de
bouw van de hartklep. En cellen van oude mensen
hebben andere eigenschappen dan die van jonge
mensen.
De scaffoldmethode biedt mogelijkheden om ook
lastiger omstandigheden het hoofd te bieden, door
in de scaffold extra hulpstoffen aan te brengen.
Bouten en collega’s willen voor een aantal belang-
rijke patiëntgroepen uitzoeken welke extra’s goed
werken. “Maar natuurlijk kan beschadiging van de
hartklep ook opnieuw voorkomen. We moeten voor
bijvoorbeeld diabetes dus bepalen of deze techniek
wel of niet geschikt is”, zegt Bouten.
SchapenDe volgende halte voor deze behandeling is proef-
dieronderzoek. Hoewel het humaan modelsysteem
in zekere zin nog complexer is dan een proefdier – je
kunt er immers de situatie van een zieke patiënt mee
simuleren – moet de techniek aantoonbaar werken bij
proefdieren voor ze bij mensen toegepast kan worden.
De ideale kandidaat is daarvoor al gevonden: het
schaap, waar eerder al in het lab gekweekte kleppen
op werden getest. Die dieren zijn namelijk het worst-
case-scenario, vanwege de snelheid waarmee bij
hen de hartklep kan verkalken. Als het lukt om in
de schapen een werkende gezonde hartklep te
“kweken”, dan zal het zeer waarschijnlijk ook bij
de mens lukken.
Die laatste fase, de scaffold implanteren bij mensen
met een slecht functionerende hartklep, laat nog
even op zich wachten. Maar wanneer de klep twee
jaar goed bij een schaap blijkt te functioneren,
is voor de onderzoekers de stap naar een eerste
klinische studie mogelijk.
4 De kunstklep wordt gemaakt van afbreekbaar materiaal.
5 Ingezoomd op het materiaal – een soort plastic – blijkt dat je er allerlei stoffen aan zou kunnen ophangen.
6 De scaffold wordt voorzien van moleculen die monocyten – een bepaald type witte bloed-cellen – uitnodigen zich in de scaffold te nestelen.
7 Door de lokstoffen koloniseren witte bloed- cellen de scaffold.
8 Door de aanwezigheid van de witte bloedcellen wordt de scaffold langzaamaan verstevigd met collageen.
9 Terwijl de scaffold wordt afgebroken, neemt lichaamseigen weefsel de functie over.
10 Het lichaam heeft de oude, defecte klep vervangen door nieuw materiaal.
11
NIRM Interview
tekst: Elles Lalieu beeld: UMC Utrecht
Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen
12
NIRM
Stamcellen zijn cellen die nog van
alles kunnen worden. Maar hoe
bepalen die cellen wat ze uiteindelijk
worden? Daar krijgen we steeds
meer inzicht in. Binnen NIRM is in
verschillende groepen geprobeerd
om stamcellen bot of kraakbeen-
weefsel te laten worden. En dat
lukt al vrij aardig.
Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen
13
NIRM
Celbioloog Clemens van Blitterswijk promoveerde in
de jaren tachtig van de vorige eeuw op de ontwikke-
ling van keramische gehoorbeentjes. Inmiddels is hij
hoogleraar Regeneratieve geneeskunde aan de Uni-
versiteit van Maastricht. In de afgelopen dertig jaar
heeft hij een hoop onderzoek gedaan op het gebied
van weefselregeneratie: het maken van natuurlijke
weefsels om kapotte onderdelen in het lichaam te
kunnen vervangen.
“Binnen mijn onderzoeksgroep is nu het kleinste
gehoorbeentje, de stijgbeugel, gemaakt van kraak-
been”, vertelt van Blitterswijk enthousiast. “In het
oor is zo’n gehoorbeentje van bot gemaakt en dat
kunnen we helaas nog niet. Maar ik zie dit wel als
een proof of concept. We kunnen op een makkelijke
manier een grote hoeveelheid gehoorbeentjes maken
en dat zal weinig kosten. Want dat is wel één van de
uitdagingen van de regeneratieve geneeskunde: we
kunnen van alles maken, maar als het onbetaalbaar
is heeft natuurlijk niemand daar iets aan.”
TopochipDe stijgbeugel van kraakbeen is een praktisch voor-
beeld, waar heel wat onderzoek aan vooraf is gegaan.
Stamcellen groeien op verschillende oppervlakken,
maar niet op elk oppervlak op dezelfde manier. De
vorm en structuur van zo’n oppervlak bepalen hoe
Vorige pagina's: Klein stukje geprint materiaal in een petrischaaltje.
Kraakbeencellen in een microkweekbakje. De cellen klonteren samen en vormen zo uiteindelijk de bouwblokjes voor micro-orgaantjes.
14
NIRM Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen
een stamcel zich gedraagt en tot welk type cel hij
uiteindelijk uitgroeit. Om de relatie tussen het
oppervlak en het gedrag van cellen te kunnen
onderzoeken ontwikkelden van Blitterswijk en zijn
team de Topochip, een chip met ruim tweeduizend
verschillende oppervlaktestructuren.
Op de chip worden stamcellen gezaaid, die zich ver-
volgens hechten aan één van de structuren. Cellen
lijken de structuur waar ze op zitten te “lezen”,
net zoals blinden braille kunnen lezen. Stamcellen
specialiseren zich, afhankelijk van de structuur, in
een bepaalde richting. Op het ene oppervlak worden
ze bijvoorbeeld spiercellen, op het andere oppervlak
botcellen.
De structuren op de chip zijn combinaties van drie
basisvormen: een cirkel, een rechthoek en een drie-
hoek. De Topochip bevat ruim tweeduizend structu-
ren, maar er zijn in totaal 158 miljoen combinaties
mogelijk. Al die combinaties zijn opgeslagen in een
bibliotheek. Stel dat structuren met een cirkel heel
geschikt zijn om stamcellen te laten omvormen tot
botcellen. Dan kunnen de onderzoekers een nieuwe
chip maken met allerlei verwante cirkelstructuren om
te achterhalen welk oppervlak het beste stimuleert.
Richtte de Topochip zich nog op individuele cellen,
inmiddels heeft van Blitterswijk ook een systeem
ontwikkeld om miniorgaantjes te kunnen kweken
op verschillende structuren. “In het laboratorium
wordt veel gebruik gemaakt van 96-wells platen”,
vertelt hij. “Daarmee kun je 96 condities in één keer
testen. Wat wij gedaan hebben, is de bodem van
elk van die vakjes bedekken met 580 kleine micro-
kweekbakjes. Op een hele plaat kun je dan 50.000
micro-orgaantjes kweken.”
BouwblokkenBoven op de microkweekbakjes bevindt zich een
laagje gel waar stamcellen op gezaaid worden. Van
Blitterswijk: “Op die gel kunnen de cellen niet hech-
ten, dus zakken ze door de gel naar beneden, in het
kweekbakje. Daar gaan de cellen samenklonteren en
vormen ze uiteindelijk een bolletje dat ongeveer een
tiende millimeter groot is. Die bolletjes kunnen we
oogsten en bij elkaar brengen in een grotere mal.
Wat je dan krijgt is een puzzelstuk van ongeveer één
millimeter groot. Zo’n puzzelstuk kan gebruikt wor-
den als bouwblok, op weg naar weefselvervanging.”
Door verschillende celtypen bij elkaar in een kweek-
bakje te brengen, wordt het mogelijk om complexe
weefsels te maken. Bijvoorbeeld een stukje bot of
De bioprinter zoals hij in de biofabrication facility staat. De printer wordt niet alleen gebruikt voor orthopedisch onder-zoek, maar is breed inzetbaar.
NIRM
Celbioloog Clemens van Blitterswijk promoveerde in
de jaren tachtig van de vorige eeuw op de ontwikke-
ling van keramische gehoorbeentjes. Inmiddels is hij
hoogleraar Regeneratieve geneeskunde aan de Uni-
versiteit van Maastricht. In de afgelopen dertig jaar
heeft hij een hoop onderzoek gedaan op het gebied
van weefselregeneratie: het maken van natuurlijke
weefsels om kapotte onderdelen in het lichaam te
kunnen vervangen.
“Binnen mijn onderzoeksgroep is nu het kleinste
gehoorbeentje, de stijgbeugel, gemaakt van kraak-
been”, vertelt van Blitterswijk enthousiast. “In het
oor is zo’n gehoorbeentje van bot gemaakt en dat
kunnen we helaas nog niet. Maar ik zie dit wel als
een proof of concept. We kunnen op een makkelijke
manier een grote hoeveelheid gehoorbeentjes maken
en dat zal weinig kosten. Want dat is wel één van de
uitdagingen van de regeneratieve geneeskunde: we
kunnen van alles maken, maar als het onbetaalbaar
is heeft natuurlijk niemand daar iets aan.”
TopochipDe stijgbeugel van kraakbeen is een praktisch voor-
beeld, waar heel wat onderzoek aan vooraf is gegaan.
Stamcellen groeien op verschillende oppervlakken,
maar niet op elk oppervlak op dezelfde manier. De
vorm en structuur van zo’n oppervlak bepalen hoe
Vorige pagina's: Klein stukje geprint materiaal in een petrischaaltje.
Kraakbeencellen in een microkweekbakje. De cellen klonteren samen en vormen zo uiteindelijk de bouwblokjes voor micro-orgaantjes.
15
NIRM
kraakbeen met bloedvaten. Tijdens het NIRM-
project is zo’n gekweekt bouwblokje onderhuids
geïmplanteerd bij muizen. Bij deze dieren vormt
zich vervolgens bot, op een plaats waar normaal
gesproken geen bot voorkomt.
FleecetruiEen stap verder is om met levende celblokjes hele
weefsels te printen. Bioprocestechnoloog Jos Malda
zag in het bioprinten een aantal jaar geleden een
kans die hij met beide handen heeft aangegrepen.
En met succes. Het UMC Utrecht beschikt inmiddels
over een aparte biofabrication facility, die helemaal
gericht is op het 3D-printen.
Maar wat maakt de bioprinter dan zo geschikt
voor het repareren van kraakbeendefecten?
Natuurlijk kraakbeen heeft een gelaagde structuur
en juist die structuur kun je met een 3D-printer
heel mooi neerleggen. Als “inkt” gebruikt Malda
een hydrogel gevuld met stamcellen, kraakbeen-
vormende cellen of een combinatie van beide,
aangevuld met groeifactoren. De cellen in de gel
moeten gedurende het printproces en ook daarna
in leven blijven. In de hydrogel wordt een ideale
omgeving voor de cellen gecreëerd.
“Die hydrogel is slap, een beetje gelatine-achtig”,
vertelt Malda. “Daar kun je natuurlijk niet op lopen,
dus hebben we binnen het NIRM-project geprobeerd
om er slimme dingen mee te doen zodat het materi-
aal meer stevigheid krijgt. We probeerden de gel
eerst te printen op een raster van dikke vezels, een
soort gewapend beton.” Dat was wel stevig, maar er
was relatief veel van die bewapening nodig waardoor
het implantaat niet meer echt flexibel was. De vezels
moesten dus dunner. Malda: “We slaagden erin om
dunne vezels te maken, vergelijkbaar met de vezels
van een fleecetrui. Die dunne vezels zijn op zich niet
stevig, maar dat verandert als je ze samen met de
hydrogel print. De krachten die op de vezels komen
te staan, houden de hele constructie bij elkaar. Eén
plus één is in dit geval geen twee, maar vijftig.”
Mechanismen ontrafelenMalda maakt nu implantaten met een combinatie
van dikke vezels en dunne vezels. De dikke vezels
zijn meer geschikt voor de vorming van bot, de
De bioprinter aan het werk. Laagje voor laagje wordt het materiaal neergelegd.
16
NIRM
dunne voor de vorming van kraakbeen. Door het
weefsel te printen in combinatie met steunmateria-
len kan hij er ook al vormen van maken, zoals bij-
voorbeeld schijfjes of buisjes. Die vooruitgang maakt
de geprinte implantaten klaar voor een eerste test.
Malda en zijn team probeerden de gehele schouder
van een konijn te vervangen door geprint weefsel.
Of dat is gelukt, blijft nog even spannend. De resul-
taten worden in de komende maanden geëvalueerd.
De volgende vijf jaar is er nog financiering voor dit
onderzoek. Deze gewrichtsvervangende experimen-
ten krijgen dus zeker een vervolg.
De groep van Malda is steeds beter in staat om ver-
schillende weefsels te maken. Maar begrijpen ze nu
ook precies waarom een stamcel het ene moment
een spiercel wordt en het andere moment een bot-
cel? Malda: “Dat inzicht krijgen we steeds meer.
Maar het is nog niet zo dat een stamcel in iedere
situatie bot vormt, als jij dat graag zou willen.”
Volgens van Blitterswijk beginnen we nu pas te
begrijpen hoe het werkt. “We zien nu hoe cellen
reageren. Als we de mini-orgaantjes bijvoorbeeld
in de vorm van een driehoek kweken, zien we in de
punten hoge concentraties bloedvaatjes. Waarom?
Omdat daar een hoge concentratie van de groeifactor
VEGF is, en dat is nodig voor bloedvatvorming. Maar
waarom is die hoge concentratie groeifactor juist
daar? Dat soort mechanismen hopen we de komende
vijf jaar te gaan ontrafelen. En pas daarna kunnen we
het gedrag van een stamcel ook echt voorspellen.”
Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen
In het lab van Van Blitterswijk werd de stijgbeugel, één van de gehoorbeentjes, gemaakt van kraakbeen. De stijg-beugel is normaal van bot, dus dit gekweekte exemplaar is niet functi-oneel. Maar het laat wel zien dat je relatief makke-lijk veel gehoorbeentjes kunt maken.
17
NIRM Case study
tekst: Rineke Voogt beeld: Marijn Vlaming
Hoe effectief medicijnen tegen een
aandoening zijn, verschilt sterk van
patiënt tot patiënt. Door stamcellen
uit het lichaam van de patiënt te
nemen en op te kweken, kun je
die medicijnen vooraf testen op
hun werkzaamheid of risico – met
uiteindelijk effectievere medicatie
voor de patiënt.
Bouw een testkit op maat
Hartspiercellen, gekweekt uit menselijke stamcellen, in een zogenoemde “multi-electrode array”-plaat. Met elektroden kan het effect van medicijnen op de contractie van de hartspiercellen gemeten worden.
Microscoopopname van de structuur van hartspiercellen gekweekt uit menselijke stamcellen. Deze sarcomeerstructuur wordt door hartspiercellen gebruikt om te kunnen samentrekken en is opgebouwd uit de eiwitten myosine (rood) en actine (groen) die elkaar overlappen.
Samentrekkende hartspiercellen die zijn gekweekt uit humane stamcellen in een klein kweekbakje.
18
NIRM
Soms is het onduidelijk wat een medicijn zal uit-
richten bij een patiënt. De werking van een medicijn
tegen darmkanker is bijvoorbeeld afhankelijk van de
genetische eigenschappen van de tumor en die zijn
vanaf de buitenkant niet te zien. Om beter te voor-
spellen hoe een patiënt reageert zou je het medicijn
eerst moeten testen op cellen van de patiënt zelf
zonder dat de patiënt daar last van heeft, bedachten
Hans Clevers en collega’s bij het Hubrecht Instituut
(onderdeel van de Koninklijke Nederlandse Akade-
mie van Wetenschappen). Blijkt dan dat een zware
chemobehandeling geen kans van slagen heeft, dan
kun je de patiënt die zinloze behandeling besparen.
Voor zo’n op maat gemaakte testkit haal je een klein
beetje weefsel weg uit de patiënt, en kweek je het
op tot mini-orgaantjes waarop je de medicijnen
kunt uitproberen. In het lab van Clevers ontdekten
ze hoe dat moet; stamcellen uit de patiënt kun je
met bepaalde groeifactoren aanzetten tot verme-
nigvuldiging en specialisatie (zie ook Leverschade
herstellen met eigen cellen). Daardoor kweek je een
zogenoemde organoïde die niet alleen een vergelijk-
bare vorm en functie, maar ook dezelfde genetische
code heeft als het originele orgaan.
“Die organoïden in een bakje kun je blootstellen
aan medicijnen, om vervolgens te kijken wat er
gebeurt”, vertelt Rob Vries. Hij is managing director
van de stichting HUB, die is opgericht door het
Hubrecht Instituut om op grote schaal medicijnen
te testen en beter te begrijpen waarom patiënten er
zo verschillend op reageren. Dat gebeurt nu nog op
onderzoeksniveau: een arts schrijft een behandeling
voor aan een patiënt, en Vries en collega’s proberen
aan de hand van het celmateriaal van de patiënt een
voorspelling te doen. “Als we erin slagen consequent
correct te voorspellen, kunnen we in de toekomst
daadwerkelijk advies gaan geven.”
Voor aandoeningen als taaislijmziekte blijkt medicij-
nen testen op organoïden ook een handige manier.
Hubrecht-onderzoekers slaagden er bij opgekweekte
minidarmpjes van een patiënt met taaislijmziekte
bovendien in de ziekte te genezen door het defecte
gen in de stamcel te vervangen door een gezond gen.
Dat biedt perspectief voor een mogelijke behande-
ling van de ziekte.
Bestaande medicijnen testen op opgekweekte cellen
van een patiënt zorgt voor medicatie op maat. Een
volgende stap is dan het testen van een nieuw medi-
cijn in een kweekbakje. Dat is precies wat Pluriomics
doet. Het biotechnologiebedrijf focust daarbij op
het hart. De hartspiercellen die de onderzoekers
opkweken uit zogenoemde induced pluripotent
stem cells helpen om de effecten van medicijnen
op het hart te onderzoeken. De cellen gedragen zich
bijna identiek als in het lichaam. “Je kunt ze zien
samentrekken, ‘kloppen’, zegt onderzoekster Marijn
Vlaming van Pluriomics. “Met een afgeleide van een
ECG kunnen we daardoor zien of een stof bijvoor-
beeld hartritmestoornissen veroorzaakt.”
Er zijn verschillende toepassingen voor zo’n test-
orgaantje. Vooral voor medicijnen in ontwikkeling
zijn ze erg relevant, zegt Vlaming. “Veel medicijnen,
bijvoorbeeld tegen kanker, vormen een risico voor
het hart. Nu wordt de veiligheid vaak getest in dier-
modellen, maar wat voor een hondenhart gevaarlijk
is hoeft dat voor een mens niet te zijn en andersom.
Met deze test bouw je meer zekerheid in. We zien
nu al dat deze technologie ingezet wordt om dier-
proeven te vervangen, maar het kan nog wel even
duren voordat proefdieren volledig overbodig zijn.”
Omdat zulke testorgaantjes zo breed inzetbaar zijn,
ontwikkelt Pluriomics voor onderzoekers momen-
teel een “gereedschapskist” waarmee ze zelf tests
kunnen uitvoeren op eigenhandig gekweekte
hartspiercellen. Vlaming: “Dat is handig, want
academici willen het vaak graag zelf doen. En het
is alleen maar goed als de methode veel wordt
gebruikt, want dat resulteert in een snellere en
bredere acceptatie van de technologie.”
19
NIRM
tekst: Elles Lalieu
Beeldreportage
Stamcellen overleven op synthetische hydrogelHet ziet eruit als een landschap uit een science-fi ctionfi lm, maar dit is een detail van een natuur-lijke extracellulaire matrix. Scheikundige Patricia Dankers probeerde deze matrix synthetisch na te maken met als doel om er stamcellen op te laten groeien. In het laboratorium groeien stamcellen nu op een natuurlijke hydrogel, matrigel genaamd. Omdat voor de bereiding daarvan tumorweefsel uit muizen nodig is, kan deze hydrogel echter nooit in de kliniek toegepast worden. Dankers: “Matrigel bevat ongeveer tienduizend verschillende compo-nenten. De truc is om de juiste componenten te identifi ceren en die synthetisch na te maken. Vijf jaar geleden dachten we dat we dat wel ‘even zouden doen’, maar dat valt toch tegen.”
Het idee was om met kleine bouwblokjes een grotere structuur te maken, die door waterstof-bruggen bij elkaar wordt gehouden. Dankers ontwik-kelde samen met het onderzoeksteam bouwsteen-tjes gebaseerd op de ureido-pyrimidinone (UPy) groep. Door andere moleculen aan de bouwsteen-tjes te koppelen, ontstaan verschillende UPy-blokjes met uiteenlopende functies. Door de bouwsteentjes te mengen ontstaat een bioactieve hydrogel.
In de afgelopen jaren hebben de onderzoekers een structuur gemaakt waar drie of vier UPy-blokjes aan toegevoegd kunnen worden. Dankers: “De stamcellen overleven en dat is op zich al bijzonder, want er zijn al veel synthetische gels gemaakt waarin ze gewoon doodgaan. Maar het zal nog wel jaren duren voordat we een synthetische gel hebben waarin we gedrag van stamcellen volledig kunnen controleren.”
20
Testmedium A
Testmedium B
NIRM Infographic
tekst: René Rector beeld: Parkers
Herstellen met stamcellenLichaamsmateriaal buiten het lichaam opkweken om ermee te knutselen
spreekt tot de verbeelding. Maar er kan meer met stamcellen. Soms is
het niet nodig om hele transplantaten te bouwen. Stamcellen zijn van grote
waarde voor patiënten, ook als ze niet teruggeplaatst worden.
1 Een arts neemt stamcellen weg uit het lichaam.
2 De stamcellen worden buiten het lichaam gekweekt, tot er voldoende van zijn.
22
NIRM
Testmedium A
Testmedium B
3a Na differentiatie worden de gezonde cellen weer bij de patiënt ingespoten, waar ze zich verder kunnen vermenig-vuldigen. Het grote voordeel: het zijn lichaamseigen cellen, dus de patiënt krijgt geen last van afstotingsverschijnselen.
3b Het gekweekte weefsel dient als testmedium om te kijken hoe de patiënt op een medicijn reageert. Dit is zinnig als de reacties van patiënten op het medicijn erg variëren of als het medicijn schadelijk kan zijn.
Als een orgaan defect is, kun je
proberen om het hele orgaan in
een kweekfl es of met een printer
opnieuw te maken. Maar dat is
niet bij alle weefsels nodig. Soms
volstaat het om op de plek van het
defect iets nieuws te kweken.
Maar hoe doe je dat?
In de basis start dit soort onder-
zoek op dezelfde manier als de
tissue engineers doen: ergens uit
het lichaam worden stamcellen
weggehaald. Buiten het lichaam
worden deze stamcellen opge-
kweekt, waarna de onderzoekers
ze laten diff erentiëren in de juiste
soort cellen. Die worden daarna
weer ingespoten in het lichaam,
waar ze de functie oppakken die
het lichaam zelf niet meer kan
vervullen. Het klinkt eenvoudiger
dan het is. Elke stap in het proces
is uitdagend. Vind, om te begin-
nen, maar eens de juiste stamcel-
len. En kweek ze daarna maar eens
in een petrischaaltje. Wellicht de
ingewikkeldste uitdaging is nog
om zeker te weten dat je ze veilig
terug kunt plaatsen. Dat laatste is
niet altijd nodig.
Er zijn verschillende aandoenin-
gen waar al medicijnen voor
bestaan, maar waarbij de variatie
in hoe patiënten op die medicijnen
reageren groot is. De ene hartpati-
ent of kankerpatiënt heeft enorm
baat bij het medicijn, terwijl de
ander niet reageert of zelfs schade
ondervindt van het medicijn. Bij
zulke geneesmiddelen zou je als
arts eigenlijk op voorhand willen
weten of wat je voorschrijft ook
gaat helpen.
Dat wordt steeds beter mogelijk.
Onderzoekers zijn in staat om
met behulp van stamcellen
patiënt-eigen weefsel te kweken
buiten het lichaam. Zo’n kweek
dient dan als ‘proefkonijn’ om
te voorspellen welk eff ect het
geneesmiddel heeft.
23
NIRM
Altijd een droge mond, niet goed kunnen praten
en slikken, beschadigde tanden, slaapverlies: een
gebrek aan speeksel levert nare klachten op. Voor
mensen die bestraald moeten worden vanwege een
tumor in het keel- of hoofdgebied zijn die klachten
echter vaak realiteit. De straling die de tumor moet
bestrijden, beschadigt bij hen ook de gezonde
speekselklieren. Speekselklieren, die onder andere
onder het oor en onder de tong zijn te vinden, zijn
erg gevoelig voor straling. Het is een naar bijeffect
van bestraling, zegt Rob Coppes, hoogleraar Radio-
therapie aan het Universitair Medisch Centrum
Groningen (UMCG). Speeksel is essentieel voor de
gezondheid van de mond en voor praten en slikken.
“Probeer maar eens twee beschuitjes zonder beleg
achter elkaar op te eten – zo voelt het om te moeten
eten zonder speeksel.”
Ongeveer veertig procent van de mensen die
bestraald worden in het hoofd-halsgebied krijgt te
maken met defecte speekselklieren, schat Coppes.
Dat zijn zo’n vierhonderd patiënten per jaar. Die
lopen hierdoor xerostomie (drogemondsyndroom)
op. Marijke Baks is een van hen: sinds ze in 2007
bestraald werd, is haar speekselproductie vrijwel vol-
ledig gestopt. “Je moet er echt mee leren leven: dat je
bijvoorbeeld met je mond dicht loopt, omdat anders
je mond te droog wordt. Zingen gaat niet meer. En
vooral ’s nachts is het rampzalig, want ongemerkt lig
je veel met je mond open.” En daar blijft het niet bij.
Sporten is zonder kunstspeeksel niet te doen, intimi-
teit wordt lastiger en warm weer is ook vervelend:
als je te veel water drinkt, krijg je daardoor juist een
droge mond. Je moet je leven erop aanpassen, vertelt
Baks. “Eten is lastig, het moet altijd smeuïg zijn.
Ik eet zelf veel stamppot. En als ik een boterham
eet, moet bij elke hap een slok drinken.”
Hoewel er lapmiddeltjes zijn – kunstspeeksel, of
altijd een flesje water bij de hand houden – is er nog
geen oplossing voor patiënten met drogemondsyn-
droom. Coppes zoekt met zijn team naar een manier
Leven zonder goed werkende speekselklieren is knap vervelend.
Maar reparatie is zo makkelijk nog niet. Rob Coppes van het
Universitair Medisch Centrum Groningen zoekt naar een
oplossing: het kweken van speekselklierstamcellen.
tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman
Interview
Nooit meer droge beschuitjes
24
NIRM
om speekselklieren te herstellen. Dat gaat met stam-
celtherapie. “Het is eigenlijk dezelfde methode als
beenmergtransplantatie”, vertelt Coppes. “Gezonde
cellen weghalen bij de patiënt, die cellen opkweken
om ze later terug te zetten. Zo krijgt de patiënt
gezond, lichaamseigen materiaal terug.”
De stamcellen kunnen regelrecht uit de speeksel-
klieren van de patiënt worden gehaald. Voorafgaand
aan de bestraling zijn die nog intact. Een klein sneetje
onder het oor is al genoeg om een biopt te nemen.
Coppes: “Je kunt natuurlijk niet een hele klier weg-
halen – er is een beperkte hoeveelheid cellen die je
kunt oogsten. Maar we hebben een manier gevonden
om buiten het lichaam in zeven weken vanuit een
stamcel zesduizend stamcellen te kweken.”
Dat het mogelijk was de stamcellen van speeksel-
klieren op te kweken, was volgens Coppes duidelijk:
“Als je twee weken kauwgom kauwt, groeien je
speekselklieren ook.” Maar om dat in het lab na
te bootsten, bleek moeilijk. Wat maakte dat een
stamcel zich gedroeg als een stamcel. En: hoe kon-
den de onderzoekers er meer van maken? Dat waren
de lastige noten die de groep van Coppes moest
kraken. Groeifactoren (lichaamseigen chemische
stoffen die de celgroei bevorderen) bleken een
belangrijke rol te spelen, maar het vinden van de
juiste groeifactoren was een hele klus.
Het onderzoek van het team van Coppes is het eerste
stamcelonderzoek voor speekselklieren. Het ver-
schilt van onderzoek aan andere organen: vaak is
het orgaan al aangetast door ziekte op het moment
dat je gaat behandelen, en is het moeilijk om
gezonde stamcellen te oogsten. Bij deze aandoening
is dat geen probleem: voordat een patiënt bestraald
wordt, kan de arts al bepalen of er kans is op droge-
mondsyndroom. De radiotherapeut kan met behulp
van een CT-scan precies voorspellen hoeveel straling
er op welke plekken komt. Lijkt er kans op bescha-
diging van de speekselklieren, dan kan de arts
besluiten een biopt te nemen van de speekselklier
om stamcellen te oogsten. Tijdens de bestralings-
periode van de patiënt kunnen de cellen opgekweekt
worden, zodat ze na afloop terug in de patiënt hun
werk kunnen doen.
“Bij muizen is het al een succes”, zegt Coppes.
Muizen waarvan de speekselklieren beschadigd
“ Het principe werkt, maar er zijn nog wat haken en ogen.”
25
NIRM
waren door bestraling, kregen de gekweekte cellen
ingespoten in hun speekselklieren. Na ongeveer een
maand verspreidden de cellen zich over de hele klier.
“Je kunt aan de buitenkant goed zien of het gelukt is.
Muizen maken zichzelf schoon met hun speeksel,
dus aan een glanzende vacht zie je dat de speeksel-
klieren het goed doen.”
Het terug spuiten van de cellen moet wel op de
goede plek gebeuren. Speekselklieren hebben de
vorm van een tros druiven, vertelt Coppes: de stam-
cellen zitten in de ‘takjes’, en de ‘druiven’ bevatten
de werkende cellen die het speeksel maken. De
stamcellen moeten dus in de takjes terecht komen,
om zich vanaf daar uit te breiden en te specialiseren
in speeksel producerende cellen. Bij muizen is dat
een heel gepriegel, maar bij mensen zou je dat goed
kunnen controleren met een echoapparaat.
Zover is het nog niet. Dat het principe werkt bij
muizen, is een grote eerste stap. Ook speekselklier-
stamcellen van mensen, getransplanteerd naar mui-
zen met een onderdrukt immuunsysteem, deden
hun werk. Maar celtherapie mag niet zomaar, en de
regels zijn streng, zegt Coppes. Hij verwacht dat het
nog tenminste anderhalf jaar duurt voor de eerste
patiënt met deze methode kan worden geholpen.
“Het groeimedium moet goedgekeurd worden, je
moet er zeker van zijn dat je niet onbedoeld tumor-
cellen in de patiënt plaatst. Het principe werkt, maar
er zijn nog wat haken en ogen.” Een bottleneck is
bijvoorbeeld het medium waar de cellen in gekweekt
worden. Dat is geschikt voor dierlijke cellen, maar
nog niet goedgekeurd voor toepassing bij mensen-
cellen. Het is lastig om daar een goedgekeurde ver-
vanging voor te vinden.
Naast het kweken van de stamcellen op zich, hoopt
Coppes ook de juiste manier te vinden om de gehele
organen op te kweken. Daarvoor gaat hij op zoek
naar de juiste groeifactoren en omgeving waarin
speekselkliercellen zich tot een orgaan kunnen uit-
breiden. Waar hij nu in staat is om kleine speeksel-
kliertjes van twee millimeter te laten groeien, wil hij
in de toekomst proberen om grotere orgaantjes laten
groeien van lichaamseigen materiaal van de patiënt,
die dan in zijn geheel zouden kunnen worden terug-
geplaatst en wellicht meteen functioneren.
“ En als ik een boterham eet, moet ik bij elke hap een slok drinken.”
Microscoopopname van een speekselklierorganoïde uit het lab van Rob Coppes (UMCG). De kleuren wijzen op verschillende typen cellen, met in het blauw de celkernen.
FO
TO
: M
AR
TT
I M
AIM
ET
S
Nooit meer droge beschuitjes
26
NIRM Case study
Sommige ziekten zijn lastig te onderzoeken, simpelweg omdat er geen onderzoeksmateriaal is. Ontwikkelingsbioloog Joost Gribnau van het Erasmus Universitair Medisch Centrum past een slimme truc toe. Hij maakt stamcellen (IPS-cellen) uit huidcellen van patiënten, laat deze vervolgens uitrijpen tot volwassen cellen en creëert zo zijn eigen onderzoeksmateriaal.
Gribnau deed onderzoek aan ziekten waarbij X-chro-
mosoom-inactivatie een belangrijke rol speelt, zoals
het Rett syndroom. Tijdens de embryonale ontwik-
keling wordt bij vrouwen in iedere cel willekeurig
één van de twee X-chromosomen uitgeschakeld. Is
er een mutatie in X, dan hebben vrouwen dus zowel
zieke als gezonde cellen. De verhouding tussen de
hoeveelheid zieke en gezonde cellen bepaalt hoeveel
last een vrouw van zo’n aandoening heeft.
Zelf materiaal kweken was voor Gribnau de enige
manier om onderzoek te doen. “We willen het
keuzeproces bij X-chromosoom-inactivatie beter
begrijpen en voorspellen”, vertelt Gribnau. Aan
uitgerijpte cellen van patiënten heb je dan niet veel.
“In die cellen is het proces van inactivatie al geëin-
digd. Door zelf nieuwe cellen te maken, kunnen
we terug naar het begin van het leven.” Voor het
maken van IPS-cellen uit huidcellen werd een speci-
ale faciliteit opgezet. Met de gemaakte stamcellen
kunnen onderzoekers vervolgens van alles doen.
Bijvoorbeeld: ze veranderen in hersencellen. Op
die manier wordt het mogelijk om per patiënt te
bekijken hoe zieke cellen zich gedragen en waarom
ze zich zo gedragen.
Zeldzaam“De stamcellen deden het helaas niet zo mooi als
we vooraf hadden gehoopt, dus de afgelopen tijd zijn
we vooral bezig geweest om beide X-chromosomen
actief te krijgen”, zegt Gribnau. Dat is gelukt en nu
kunnen deze cellen eindelijk gebruikt worden om
Rett syndroom en andere X-chromosoom-gelinkte
ziekten te onderzoeken.
Het onderzoek van Gribnau is fundamenteel, maar
wel van groot belang voor patiënten. “We kunnen nu
onderzoek doen aan ziekten waarbij voorheen geen
onderzoeksmateriaal voorhanden was, zoals bijvoor-
beeld hersenziekten of heel zeldzame aandoeningen.
Door zieke cellen van patiënten te kweken, krijgen
we niet alleen meer informatie over het proces ach-
ter een ziekte. Het geeft ook de mogelijkheid om
nieuwe medicijnen of behandelingen te testen.”
Maak je eigen onderzoeksmateriaal
De vacht van de lapjeskat is een mooi voorbeeld van X-chromosoom inactivatie. De genen voor vachtkleur, rood of zwart, zijn bij katten gekoppeld aan het X-chromosoom. Bij vrouwelijke poezenembryo’s wordt tijdens de ontwikkeling in iedere cel willekeurig één van de twee X-chromosomen inactief. Soms wordt de kleur zwart uitge-schakeld en soms rood. Zo ontstaat het bekende lapjespatroon.
tekst: Elles Lalieu beeld: Riosafari
27
NIRM
tekst: Elles Lalieu
Procesverslag
2003
Het onderzoek begint met een
simpel idee: gezonde hartcellen
maken uit stamcellen en deze
direct inspuiten in de hartspier.
Het doel: hartfalen te voorkomen,
bij patiënten die bijvoorbeeld net
een hartinfarct hebben gehad en
waarbij een deel van de hartspier
niet meer werkt.
2004
Ons eerste idee blijkt moeilijk
uitvoerbaar. Er is geen geschikt
proefdier voorhanden. De muis
is geen goed model voor hartziek-
ten. Het muizenhart klopt ruim
vijfhonderd keer per minuut, dat
van de mens maar zestig keer.
Bovendien gaat de hartslag van
een muis niet omhoog bij stress,
die van de mens wel. Het hart
van een varken is een beter
model, maar daarbij is het weer
heel lastig om de afweer te onder-
drukken, waardoor stamcellen
snel worden afgestoten.
2007 Naast het proefdierprobleem
speelt er nu ook een praktisch
probleem. Het hart is één bonk
spier. Hoe ga je gezonde hartcel-
len daar tussen krijgen? De stam-
cellen komen niet zomaar overal.
Ik vergelijk het altijd met een
kauwgombal. Als je daar een rode
kleurstof in spuit, wordt niet de
hele kauwgombal rood, maar
slechts een klein stukje. En dat
werkt bij het hart net zo. Het
inspuiten van losse cellen in de
hartspier is dus geen succes. Een
tegenvaller, maar dat hoort ook
bij onderzoek doen. En we hebben
door de experimenten wel veel
geleerd over het menselijk hart.
Kapotte organen repareren, dat is de grote uitdaging binnen de regeneratieve geneeskunde. En dat was ook de uitdaging waarmee hoogleraar Christine Mummery begon aan haar onderzoek naar het hart. Maar reparatie van het hart met stamcellen bleek moeilijker dan gedacht. En dus gooide Mummery het over een andere boeg.
FO
TO
: R
EN
É D
EN
EN
GE
LS
MA
N
FO
TO
: C
HR
IST
INE
MU
MM
ER
Y
FO
TO
: G
UID
O G
ER
DIN
G
Hart geeft nog niet alle geheimen prijs
28
NIRM
2010
Om een synthetisch hart te
kunnen maken, moet je eerst alle
celtypen van het hart in het labo-
ratorium kunnen namaken. Dat
klinkt makkelijk, maar het is een
enorme uitdaging. Een foetaal
hart bestaat voor zestig procent
uit kloppende hartcellen, maar bij
een volwassen hart is dat nog
maar dertig procent. Binnen de
kloppende hartcellen heb je ook
nog verschillende typen. De cel-
len van de boezems zien er bij-
voorbeeld net iets anders uit dan
de cellen van de hartkamers.
Daarnaast zitten er in het hart nog
bloedvatcellen die het hart zelf
van zuurstof voorzien, bindweef-
selcellen, die zorgen voor stevig-
heid, en pacemakercellen, die het
hartritme regelen.
2009
We beginnen met frisse moed en
met een nieuwe doelstelling: het
maken van een synthetisch stukje
hart. Dat doen we natuurlijk niet
zomaar. Een synthetisch hart
kunnen we gebruiken als test-
model voor de ontwikkeling van
medicijnen. We kunnen niet
alleen hartcellen maken van
gezonde personen, maar ook van
patiënten met hartziekten. Sim-
pelweg door niercellen te isoleren
uit de urine en die in het labora-
torium te behandelen, zodat ze
stamcellen worden. En wie weet
kunnen we de synthetische stuk-
jes hart in de toekomst ook inzet-
ten om een beschadigd hart te
repareren.
2011
Samen met engineers gaan we op
zoek naar de perfecte matrix voor
onze stamcellen. In het lichaam
groeien hartcellen op een zacht
substraat. Dat is een goede omge-
ving voor de cellen, dus dat heb-
ben we in het laboratorium ook
nodig. We laten de cellen groeien
op een synthetisch polymeer, een
beetje vergelijkbaar met silicone.
Dat polymeer plaatsen we dan op
een chip met spiraalvormige elek-
troden erin en een vacuüm eron-
der. De spiraalvormige elektroden
vormen een soort reksysteem dat
de cellen in beweging brengt.
Door het vacuüm te veranderen,
kun je de hartslag aanpassen. Zo
kunnen we zieke hartcellen testen
in rust, maar bijvoorbeeld ook
bekijken wat er gebeurt als een
patiënt gaat sporten.
F O T O : B E R E N D V A N D E R M E E R ( L U M C )
FO
TO
: B
ER
EN
D V
AN
DE
R M
EE
R (
LU
MC
)
FO
TO
: R
EN
É D
EN
EN
GE
LS
MA
N
Hart geeft nog niet alle geheimen prijs
2009
29
NIRM
Kweken met cellen uit de “blinde darm” van het hart
De aanpak van Mummery werkt goed als testmodel, maar is nog niet direct toepasbaar bij patiënten. Celbioloog Marie José Goumans heeft een andere tactiek: zij isoleert stamcellen uit het hart zelf en pro-beert deze vervolgens om te vormen tot functionele hartcellen. Omdat de cellen afkomstig zijn van het orgaan waar ze uiteindelijk ook weer naar terug moeten, staat deze methode al dichter bij de patiënt.
“We halen cellen uit het rechteratrium van het hart”, vertelt Goumans. “Daar ligt een gebiedje dat we ‘de blinde darm van het hart’ noemen. We weten niet goed wat de functie is, maar tijdens openhartoperaties wordt dat stukje altijd verwijderd. Nu gooien de chirurgen dit ‘afval’ niet weg, maar brengen het naar ons lab.”
In het verwijderde stukje hartweefsel zitten stamcel-len, al zijn het er weinig. “We isoleren de aanwezige stamcellen, kweken ze zodat we er heel veel van krij-gen en proberen ze dan met groeifactoren om te vor-men tot hartspiercel of bloedvatcel”, zegt Goumans. “Samen met de onderzoeksgroep van Carlijn Bouten (zie ook Design je eigen hartklep, red.) hebben we ook gekeken of de cellen willen differentiëren als we ze een beetje oprekken, net zoals in een kloppend hart gebeurt.” Maar alleen oprekken blijkt voor stamcellen niet voldoende om zich om te vormen tot hartcellen.
De gemaakte hartcellen zijn geïmplanteerd bij muizen die recent een hartaanval hadden doorgemaakt. Maar dat was een probleem, want menselijke hartcellen willen niet koppelen aan een muizenhart omdat ze dan ruim vijfhonderd hartslagen per minuut moeten gaan maken. Daarmee blazen ze zichzelf op. Zonder goede proefdierresultaten is het echter niet mogelijk om de cellen te testen bij patiënten.
Goumans ziet de oplossing in een combinatie van haar cellen met het testsysteem van Mummery. “We zouden een synthetisch stukje hart kunnen maken en daar de gekweekte stamcellen op laten groeien.”
Röntgenopname van de blinde darm (het ‘wormpje’ onderaan de donkere vlokken). Binnen het hart is ook zo’n stukje weefsel, waarvan niet goed bekend is wat het doet. Dit wordt bij operaties altijd verwijderd.
FO
TO
: H
EL
LE
RH
OF
F
30
Titel artikelNIRM Hart geeft nog niet alle geheimen prijs
20??
We hebben nu alleen een testmo-
del, maar ik zie in de toekomst
wel toepassingen voor de patiënt.
We zouden een stukje synthetisch
hart kunnen gebruiken als patch
of pleister op een beschadigd hart.
Ook daar zullen haken en ogen
aanzitten. Na een hartinfarct zit
schade vaak door het hele hart,
maar zo’n pleister plak je aan de
buitenkant. Heeft dat zin of moet
je de pleister op een andere plek
aanbrengen? Bijvoorbeeld net
onder de buitenste laag van het
hart. Dat zal vergelijkbaar zijn met
iets onder de schil van een sinaas-
appel brengen, zonder de sinaas-
appel verder te schillen.
Repareren van het hart is niet
makkelijk, maar dat betekent niet
dat je het niet moet proberen.”
FO
TO
: D
EN
KE
R
Najaar 2015
Ons model slaat goed aan. We
hebben al een aantal interessante
vervolgopdrachten. Zelfs medi-
cijnontwikkelaar GSK toont al
belangstelling. Toch is het sys-
teem nog niet goed genoeg. Bij
medicijnontwikkeling is het van
belang om heel veel condities in
één test te kunnen onderzoeken.
Daarvoor wordt gebruik gemaakt
van platen met een heleboel
vakjes (wells). Maar de chip zoals
die nu is, past niet in die wells.
Je kunt dus maar één conditie
per keer onderzoeken. Het is een
kwestie van engineering om de
chips zo te verkleinen dat ze wel
in de wells passen. Daarvoor wer-
ken we nu samen met de TU Delft.
FO
TO
: JE
FF
RE
Y M
. V
INO
CU
R
Zomer 2015
We vieren een feestje. Na ruim vijf
jaar zijn we erin geslaagd om acht
verschillende hartceltypen te
maken en in het laboratorium
te laten groeien. Je weet hoe een
embryo hartcellen maakt, maar
ontrafelen welke signalen daar-
voor nodig zijn, is nog een hele
klus. Embryo’s van de zebravis
en de muis komen hierbij goed
van pas. Je kunt bij die dieren
steeds één “signaal” uitzetten en
kijken wat er gebeurt met de ont-
wikkeling van het hart. Als je dat
doet en je ziet, bijvoorbeeld, dat
er geen pacemakercellen worden
gemaakt, dan kun je dat uitge-
schakelde signaal gaan toevoegen
aan stamcellen in de hoop dat zij
juist wel pacemakercellen gaan
maken.
F O T O : F O N S V E R B E E KF O T O : F O N S V E R B E E K
31
NIRM Interview
Het lichaam herstellen met behulp van stamcellen:
het idee ligt voor de hand, want stamcellen zorgen
ook in gezonde mensen voor kleine reparaties aan
organen. Stamcellen worden juist bij schade actief.
Onderzoek naar stamcellen loopt al enkele decennia,
vertelt Clevers. “De belangrijke eiwitten die tijdens
de embryonale ontwikkeling een rol spelen zijn –
de WNT-eiwitten die signalen tussen cellen
door-geven – werden ontdekt in de jaren tachtig.
Wij vonden dat ze cruciaal zijn voor het actief hou-
den van volwassen stamcellen. Zijn ze overactief,
dan leidt dat tot kanker.”
Clevers startte zijn stamcelonderzoek bij de darm.
De darm vernieuwt zijn cellen elke vier dagen, en
heeft daarmee de meest actieve stamcellen van alle
organen. In 2009 slaagde de groep van Clevers erin
om de stamcellen, twee jaar eerder ontdekt, op te
kweken. Vorig jaar bewezen de onderzoekers samen
met Japanse collega’s dat je die cellen kunt reorgani-
seren tot minidarmpjes en die zogenoemde organo-
iden kunt terugplaatsen in de beschadigde darm
van muizen. Daarmee komt het ultieme doel van
stamceltherapie weer een paar stappen dichterbij.
Clevers: “Als je een ziek of beschadigd orgaan kunt
repareren met stamcellen, zou het donortekort een
veel kleiner probleem zijn. Je gebruikt het lichaam
van de patiënt als het ware als ‘donor’ om het eigen
weefsel te kunnen herstellen.”
De behandelmethode is niet uitsluitend geschikt
voor darmen, hoewel die er door het grote rege-
neratieve vermogen wel ideaal voor zijn. Clevers
en collega’s werken ook aan een toepassing van de
methode op de lever. Er lijden wereldwijd miljoenen
mensen aan chronisch leverfalen. Dat wordt veroor-
zaakt door een genetisch defect of door virussen,
alcohol of andere giftige stoffen. Een levertransplan-
tatie kan hen soms helpen, maar daar zijn veel te
weinig donororganen voor beschikbaar. Met de
methode die door de groep van Clevers binnen NIRM
is ontwikkeld, zou een simpele injectie genoeg zijn
om een hele lever te repareren.
tekst: Rineke Voogt
Leverschade herstellen met eigen cellen
Wanneer een beschadigde lever zichzelf niet meer repareert, is transplantatie de
enige optie. Maar voor de wereldwijd tientallen miljoenen mensen met leverschade
zijn veel te weinig donoren beschikbaar. Hans Clevers, hoogleraar Moleculaire
genetica bij het Hubrecht Instituut (KNAW), werkt aan een manier om met stam-
cellen minilevers te kweken die het orgaan zo goed als nieuw kunnen maken.
“ Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst vast kunnen behandelen.”
32
NIRM
Het bijzondere aan de lever is dat het orgaan normaal
gesproken zichzelf goed kan repararen. Haal je een
deel van de lever weg, dan kan het zelfs weer aan-
groeien. Een zieke lever is dat vermogen verloren,
maar zou in theorie genoeg kunnen hebben aan een
paar getransplanteerde gezonde stamcellen om zijn
functie weer terug te krijgen. Dat maakt de lever, in
tegenstelling tot bijvoorbeeld het hart, erg geschikt
voor dit type onderzoek.
In januari 2015 publiceerde Clevers in wetenschap-
pelijk tijdschrift Cell een zogenaamd “proof of con-
cept”-onderzoek, gebaseerd op precies dat idee. De
onderzoekers haalden stamcellen uit de galgangen
van een donorlever, en zetten die op kweek. “Eerst
moet je met de juiste groeifactoren miljarden cellen
maken”, zegt Clevers. “Als je heel veel stamcellen
en voorlopercellen hebt, kunnen die zich gaan spe-
cialiseren tot de twee belangrijkste onderdelen van
de lever: hepatocyten (levercellen) en galgang-
cellen.” De leverorganoïden die daaruit worden
gemaakt bestaan uit tienduizenden cellen en meten
slechts twee tot drie millimeter, maar hebben wel
een echte 3D-structuur.
Die minilevers plaatsten de onderzoekers terug
in muizen met leverschade en een onderdrukt
immuunsysteem. Die knapten zichtbaar op: de
gezonde cellen vervingen delen van de beschadigde
lever. “Hoewel de leverschade bij de muizen zich
sowieso op den duur wel zou herstellen, zagen we
dat muizen met deze behandeling sneller opknap-
ten”, vertelt Clevers.
Bij deze stamceltherapie fungeert de zieke lever als,
zoals het in de regeneratieve geneeskunde heet, een
scaff old (steiger). De infrastructuur van het bescha-
digde orgaan is nodig om de organoïden te laten
hechten. Voor de lever gaat dat relatief eenvoudig:
“Je kunt de organoïden in de poortader inspuiten,
die bloed direct naar de lever voert. De poortader
vertakt zich in zeer kleine haarvaten, zodat de
organoïden daar vanzelf blijven steken. Ze kolonise-
ren vanuit daar gemakkelijk de lever”, aldus Clevers.
Bij muizen bleek de poortader overigens te klein,
dus kregen zij de minilevertjes in de milt toegediend.
Toch vonden de organoïden ook vanaf daar vanzelf
de weg naar de levers en konden zich daar nestelen.
De stap van proefdieronderzoek naar de mens is in dit
Hans Clevers: “Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst voor transplantatie alvast kunnen behandelen met leverorganoïden.”
F O T O : S A N D E R H E E Z E N
Leverschade herstellen met eigen cellen
33
NIRM
type onderzoek groot. Er worden al wel klinische
experimenten gedaan met volwassen levercellen,
waarbij miljarden losse cellen via de poortader
worden toegediend. Met stamcellen zou het een
stuk effectiever zijn. Maar er zitten wat haken en
ogen aan.
De technische kant gaat wel goed, zegt Clevers: het
opschalen van de kweek, om van een paar stamcel-
len tot miljarden cellen te komen, is al gelukt. Het
probleem ligt vooral in de regelgeving. De grootste
zorg is dat er door mutaties in de organoïden kanker
ontstaat in de weefsels. Volgens Clevers lijkt dat uit-
gesloten: “Je ziet dat niet gebeuren in de celkweek.
Als je de omgeving optimaal houdt voor de cellen –
dus de goede stoffen toevoegt en zorgt dat ze goed
groeien – blijf je weg bij kanker. De cellen zijn gene-
tisch zeer stabiel.”
“Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst
voor transplantatie alvast kunnen behandelen met
leverorganoïden”, vindt Clevers. “Maar daarvoor
moeten we nog een aantal horden nemen.” Zo
willen de onderzoekers eerst zeker weten hoeveel
organoïden ze moeten toedienen voor een optimaal
effect, en of dat stamcellen of volgroeide cellen
moeten zijn.
Clevers heeft er alle vertrouwen in dat het principe
ook bij mensen werkt. “Er zijn patiënten met een
leverziekte bekend, bij wie bij toeval de erfelijke
afwijking in een enkele cel werd rechtgezet.
Beetje bij beetje herstelde de lever zich dan vanuit
die cel, en de patiënten werden gezond. Als één
gezonde cel genoeg kan zijn voor genezing, biedt
een behandeling van minilevers perspectief voor
miljoenen patiënten.”
Een microscoopopname van een gekweekte lever- organoïde van muizencellen.
“ Je gebruikt het lichaam van de patiënt als het ware als ‘donor’.”
Leverschade herstellen met eigen cellen
34
Case study NIRM Case study
Celbioloog Gerald de Haan van het Universitair
Medisch Centrum Groningen vond daar iets op. Hij
rustte cellen uit met een “streepjescode” waardoor
ze altijd herkenbaar blijven. “We halen stamcellen
uit het beenmerg van een muis en introduceren
daarin een klein stukje nieuw DNA”, vertelt hij.
“Daarna transplanteren we de stamcellen weer
terug naar het beenmerg. Als zo’n stamcel gaat
delen, krijgen alle nakomelingen diezelfde code
in hun DNA. Na transplantatie nemen we bloed
af, isoleren het DNA en kijken hoe vaak we de
streepjescode terug kunnen vinden.”
De eerste resultaten van barcoding, zoals de onder-
zoekers hun techniek zelf noemen, zijn veelbelovend.
Bij muizen (die gemiddeld anderhalf tot twee jaar
oud worden) zorgen na transplantatie één of twee
stamcellen voor 95 procent van alle bloedcellen
die tijdens het leven gevormd worden. Dezelfde
experimenten worden nu herhaald met menselijke
stamcellen uit de navelstreng.
Minder proefdierenBarcoding geeft niet alleen inzicht in de vorming van
bloedcellen, het leert ons ook meer over bloedkanker
(leukemie). “Niet alle leukemiecellen zijn identiek”,
legt De Haan uit. “Er is dus niet één soort kanker in
het lichaam, maar een aantal subsoorten. Doordat
we de stamcellen nu kunnen herkennen, kunnen
we tellen hoeveel verschillende cellen er bij zo’n
ziekte meedoen en of die verschillend reageren op
behandeling.” Een bijkomend voordeel van de
streepjescode is dat er veel minder proefdieren nodig
zijn voor onderzoek. Stel dat je van honderd stam-
cellen wilt weten wat ze doen. De Haan: “Normaal
gesproken zou je die honderd stamcellen dan trans-
planteren naar honderd verschillende muizen. Nu
kun je de stamcellen uitrusten met een streepjescode
en transplanteren naar één muis. Het onderzoek is
daardoor goedkoper en efficiënter.”
Een klein stukje DNA (groen) wordt in een virale vector geplaatst. Zo’n vector is een soort bezorgvoertuigje dat het DNA in de cellen af kan leveren. Eenmaal in de cellen integreert het nieuwe stukje DNA in het bestaande DNA en zo krijgen cellen allemaal hun unieke streepjescode (streepjespatronen rechts).
In het beenmerg zitten stamcellen die nieuwe bloedcellen kunnen maken. Maar als die nieuwe bloedcellen eenmaal in de bloedbaan zitten, zijn ze allemaal identiek en kun je niet meer herkennen welke bloedcel van welke stamcel afkomstig is. Daardoor weten we eigenlijk niet hoeveel stamcellen er meedoen met de vorming van bloedcellen en of dit aantal verandert gedurende veroudering.
Bloedcellen met een streepjescode
tekst: Elles Lalieu beeld: Evgenia Verovskaya
Retrovirale vector
35
NIRM
Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde?
Veel onderzoek binnen NIRM was “proof of concept”-onderzoek:
uitzoeken of het uitgedachte concept echt werkt. Technische hobbels
zijn veelal overwonnen, maar toepassing in de kliniek is een grote stap
verder. Is de regelgeving er klaar voor? Wat moet er gebeuren zodat
regeneratieve geneeskunde ook voor patiënten beschikbaar komt?
Hans Clevers (Hubrecht Instituut) en Carlijn Bouten (Technische
Universiteit Eindhoven) vertellen.
Discussie
36
NIRM
Regeneratieve geneeskunde wordt nog niet volop ingezet. Hoe komt dat?Clevers: “Voor behandelingen als stamceltherapie
om een defect in het lichaam mee te repareren is
het lastig om goedkeuring te krijgen. Lukt het om
de lever van een muis te repareren met minilevers,
dan geeft dat nog geen vrijbrief om het ook in een
klinisch experiment bij mensen te proberen. Deels
is dat terecht. Je werkt met levende cellen. Die kun-
nen zich slecht gaan gedragen – je moet zeker weten
dat de celtherapie die je wilt gebruiken geen kanker
in de patiënt veroorzaakt.”
Je moet dus aantonen dat een behandeling veilig is. Hoe doe je dat voor een nieuwe therapie?Clevers: “Daar zit nu net het probleem. Op welk
moment is het veilig om een nieuwe techniek toe
te passen? De cellen die wij kweken, bijvoorbeeld
om leverorganoïden van te maken, zijn zeer stabiel
en muteren niet. Kanker ontstaat door mutaties.
De gekweekte cellen zijn zeer waarschijnlijk dus
veilig. Maar ook al staan er veel mensen met een
kapotte lever op de wachtlijst, een transplantatie
met leverorganoïden zal nog niet gaan. Je moet
eerst met allemaal voorbeelden komen waaruit
blijkt dat het veilig is, maar eigenlijk is dat een
catch-22: zonder klinische trials zijn die voor-
beelden niet mogelijk.”
Waarom is het zo moeilijk om een behandeling in een klinische studie te testen?Clevers: “Er heerst grote angst voor een herhaling
van het softenon-schandaal (waarbij een op grote
schaal gebruikt medicijn tegen ochtendmisselijkheid
bij zwangere vrouwen ernstige afwijkingen bleek te
veroorzaken bij de foetussen, red.). Bovendien heeft
de farmaceutische industrie het niet zo op celthera-
pie. Het is gemakkelijker produceren en verkopen
als een behandeling in een pil verpakt zit – levend
materiaal is logistiek ingewikkeld. Die weerstand
vormt een grote uitdaging voor ons werk.”
Bouten: “Omdat regeneratieve geneeskunde nog een
vrij jong gebied is, staan veel regels niet eens vast.
Bij hoeveel proefdieren moet je hebben laten zien dat
iets werkt, voor je een klinische trial mag opzetten?
Daar zijn nog niet voor elk geval heldere richtlijnen
voor, want het is nieuw. Je maakt als onderzoeker
dus mede zelf de regels. Wij hebben bijvoorbeeld
in samenwerking met artsen voor ons onderzoek
besloten dat de hartklep (zie “Design je eigen hart-
klep”, red.) minimaal twee jaar moet functioneren
in een proefdier voor wij de stap naar de mens willen
maken. Je kunt zo’n proces ook versneld nabootsen
in het laboratorium, maar het is maar de vraag of
dat alle veiligheidsaspecten afdekt en of dat geac-
cepteerd wordt door de regelgevers.”
Hoe krijgen we regeneratieve geneeskunde van het lab naar de patiënt?Bouten: “Standaard kost het traject voor een suc-
cesvolle nieuwe behandeling van idee tot patiënt
ongeveer vijftien jaar. Voor regeneratieve genees-
kunde is dat mogelijk nog meer. Het is best lastig
om regeneratieve geneeskunde aan te laten sluiten
op de dagelijkse klinische praktijk. De stap van
het lab naar de markt is groot, want veel behande-
lingen zijn gewoon duur. Als een nieuwe methode
dan eenmaal bij de klinische fase is aanbeland,
is het de vraag welke patiëntengroep je het eerst
aanpakt. De arts kiest vaak het liefst de minst
risicovolle groep. Maar patiënten staan daar radicaal
anders in, hebben wij gemerkt. Dat is een ethische
kwestie waar je discussies over moet voeren.”
Wat zou er moeten veranderen om regeneratieve geneeskunde-behandelingen gangbaarder te maken?Bouten: “Een oplossing ligt bij de jonge generatie.
Niet iedereen wil meegaan in een nieuwe behande-
ling, ook al is die technisch al mogelijk. Je moet
daarom jonge artsen al heel vroeg in de opleiding
kennis laten maken met deze nieuwe vorm van
geneeskunde en de technologische vooruitgang.
Ze gaan dan zelf meedenken over de mogelijkheden
en onmogelijkheden en kunnen een gefundeerder
standpunt innemen. Wil je regeneratieve genees-
kunde toepassen, dan moet je de artsen meekrijgen.”
Clevers: “De grote uitdaging is om de angst weg
te nemen dat een nieuwe behandeling niet goed
doordacht en onderzocht is, en daarom fout zal gaan.
We moeten daarom juist ook buiten de medische
wereld kijken: de maatschappij goed informeren,
en discussies voeren in het publieke domein.”
tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman
37
Wanneer iets kapot gaat kun je proberen het te repareren of te vervangen. Zo ook in ons lichaam. Maar hoe repa-reer je een kapotte hartklep, een beschadigde knie of ernstig verbrande huid? En vooral, hoe repareer je het duur-zaam en zonder bijwerkingen? Dat is de uitdagende vraag waar het Netherlands Institute of Regenerative Medicine (NIRM) zich op richt. Het onderzoek is verdeeld in een vijftal aandachtsgebieden: hart en bloedvaten, spieren en botten, bloed, zenuwstelsel en interne geneeskunde.
Partners
Absea Biotechnology Ltdwww.absea-antibody.com
Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdamwww.acta.nl
Araim Pharmaceuticals, Inc.www.araimpharma.com
Arcarios bvwww.arcarios.com
ASkin Nederlandwww.a-skin.nl
Beckman Coulter Nederland bvwww.beckmancoulter.com
Becton Dickinson Bioscienceswww.bd.com
Bender Analytical Holding B.V.www.gatt-tech.com
BiOrion Technologies bvwww.biorion.com
CellCoTec bvwww.cellcotec.com
Encapson bvwww.encapson.com
Feyecon Development & Implementation B.V.www.feyecon.com
FlexGen bvpiculet-biosciences.com
Harbour Antibodies bvharbourantibodies.com
Hubrecht Organoid Technologyhub4organoids.eu
38
PMS 130 / PMS 369 / black
full color on a light background
full color on a dark background
in black & white
Life Tec Group lifetecgroup.com
Landsteiner Stichting voor Bloedtransfusieresearch www.lsbr.nl
Lead Pharma Holding bv www.leadpharma.com
Materiomics bv www.materiomics.com
Nierstichting Nederland www.nierstichting.nl
Percuros bv www.percuros.com
Pluriomics bv www.pluriomics.com
PolyVation bv www.polyvation.com
Xeltis www.xeltis.com
Rijk Zwaan Zaadteelt en Zaadhandel bv www.rijkzwaan.com
ServiceXS bv www.servicexs.com
Stichting KWF Kankerbestrijding www.kwf.nl
SupraPolix bv www.suprapolix.com
Synvolux therapeutics bv www.synvolux.com
Vereniging Nationaal Reumafonds www.reumafonds.nl
Xpand Biotechnology bv www.xpand-biotech.com
Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl
Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (Hubrecht Instituut) www.hubrecht.eu
39
Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl
Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl
Rijksuniversiteit Groningen www.rug.nl
Stichting Het Nederlands Kanker Instituut www.nki.nl
Technische Universiteit Eindhoven www.tue.nl
Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl
Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl
Universiteit Twente www.utwente.nl
Universiteit Utrecht www.uu.nl
VU medisch centrum www.vumc.nl
Wageningen Universiteit www.wageningenur.nl
Contact: Ruud Bank, [email protected], 050-3618043 Rini de Crom, [email protected], 010-7043063
40
ColofonRedactie
Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt
Hoofd/eindredactie
Sciencestories.nl, René Rector
Vormgeving
Parkers, Rick Verhoog en Sara Kolster
Infographics
Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster
Projectleiding
Giovanni Stijnen, NEMO Kennislink
Coördinatie
Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, NEMO Kennislink
Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met NEMO Kennislinken Marja Miedema en Miriam Boersema (NIRM).