DCTI
Op weg naar genezing van diabetes type 1
Amsterdam 2015
Op weg naar genezing van diabetes type 1DCTI
DCTI
InhoudVoorwoord 3
Diabetes type 1: op weg naar genezing 4
DCTI in vogelvlucht 6
Gezocht: cel voor insulineproductie 8
Opdracht: kweek miljoenen bètacellen 12
Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier 14
Pomp houdt donoralvleesklier in vorm 19
Eerste tests versus laatste strohalm 22
DCTI partners 24
Colofon 25
Deze uitgave kwam tot stand in samenwerking met Kennislink.nl, dé populairwetenschappelijke website
voor het Nederlandse taalgebied. Voor meer actuele informatie en nieuws over onderwerpen in dit boek,
raadpleeg de partnerpagina van DCTI: www.kennislink.nl/partners/dcti, of een van de thema’s:
www.kennislink.nl/thema/herstellen-met-stamcellen
www.kennislink.nl/thema/medicijnen-op-maat
www.kennislink.nl/thema/zo-goed-als-nieuw
Voor meerinformatie klik op de links en de ikonen
DCTI
Voorwoord
Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende
resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-
project DCTI. LSH staat voor ‘Life Sciences &
Health’, oftewel de toepassing van de levensweten-
schappen voor onze gezondheid, en FES voor ‘Fonds
Economische Structuurversterking’, de zogenoemde
aardgasbaten.
DCTI 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. Hier-
mee heeft het consortium aangetoond dat het de
onderzoeksgelden optimaal heeft ingezet om bij te
dragen aan het verbeteren van de nationale gezond-
heid, en voor het aanjagen van de economische
bedrijvigheid in Nederland.
Veel van deze resultaten vindt u terug in dit boek,
waarbij u zich keer op keer zult kunnen verwonde-
ren over de laatste ontwikkelingen 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
DCTI is wat mij betreft een enorme stimulus geweest
voor het veld van celvervangingstherapie bij diabetes.
Door een goede samenwerking tussen academische
partners, bedrijven en het diabetesfonds hebben we
wetenschappelijk onderzoek kunnen doen om
nieuwe therapieën te ontwikkelen. Die samenwer-
king daar is Nederland goed in en daar kunnen we
trots op zijn. Daarnaast hebben wij artsen, beleidsma-
kers en patiënten bewust gemaakt van de noodzaak
en voordelen van deze nieuwe therapieën.
Het onderzoek naar insuline producerende cellen
staat dankzij DCTI meer in de spotlights. Dat geeft
patiënten hoop. Mensen zien dat er onderzoek wordt
gedaan naar echte oplossingen en dat het niet alleen
gaat om symptoombestrijding. We hebben binnen het
project nieuwe dragermaterialen gemaakt, meer en
beter eilandjes kunnen isoleren en factoren geïdenti-
ficeerd die de overleving van eilandjes kunnen verbe-
teren. Dat zijn allemaal belangrijke stappen naar de
volgende fase. Die moet er komen, want DCTI is een
tussenstation, geen eindstation. In een volgende stap
willen we de dragermaterialen testen bij patiënten en
met behulp van stamcellen grote hoeveelheden insu-
line producerende cellen maken. Zo staan we klaar
voor bètacelvervangingstherapie op grotere schaal in
de toekomst.
Eelco de Koning
P R O J E C T L E I D E R D C T I E N H O O G L E R A A R D I A B E T O L O G I E A A N H E T L E I D S U N I V E R S I T A I R M E D I S C H C E N T R U M
3
DCTI Introductie
tekst: Elles Lalieu beeld: Parkers
Alles wat we eten wordt in het lichaam omgezet in
glucose: brandstof voor de cellen. Maar de cellen
kunnen die brandstof niet zomaar opnemen. Daar-
voor is insuline nodig. De alvleesklier maakt die
insuline. Dat gebeurt in de zogenoemde eilandjes
van Langerhans; clusters van verschillende celtypen
die uiteenlopende hormonen afscheiden. De bèta-
cellen in de eilandjes zijn verantwoordelijk voor de
productie van insuline.
Eén miljoenBij diabetes type 1 valt het eigen afweersysteem de
eilandjes in de alvleesklier aan. Die raken daarbij zo
sterk beschadigd dat ze geen insuline meer produ-
ceren. Glucose kan dan niet meer door de cellen
worden opgenomen en blijft achter in het bloed. Als
dat chronisch gebeurt, kan dat leiden tot complica-
ties als blindheid, nierfalen, hartklachten en ampu-
taties. Diabetes type 2 is een heel ander verhaal: type
2 is een stofwisselingsziekte waarbij het lichaam
langzaam ongevoelig wordt voor insuline, wat onbe-
handeld tot dezelfde problemen kan leiden.
In Nederland leven ongeveer één miljoen mensen
met diabetes. Daarvan zijn er 900.000 met type 2 en
100.000 met type 1. Toch is binnen DCTI gekozen
om onderzoek te doen naar nieuwe behandelingen
voor diabetes type 1. Projectleider Eelco de Koning
legt uit waarom: “De glucoseregulatie bij diabetes
type 1 is in het algemeen gecompliceerder dan bij
diabetes type 2. Patiënten moeten meteen insuline
gaan spuiten, terwijl er bij type 2 eerst iets gedaan
kan worden met het dieet of met tabletten.”
TransplantatieHet constante risico op een te hoog of juist te laag
glucosegehalte maakt dat patiënten met diabetes
type 1 de hele dag met hun ziekte bezig zijn. De
impact is zo groot, omdat mensen voortdurend
moeten rekenen. Wat ga ik doen vandaag, wat ga ik
eten en hoeveel insuline heb ik dan nodig? En zelfs al
is die insulinetherapie heel strak, dan nog lukt het
soms niet om het glucosegehalte onder controle te
krijgen.
Diabetes type 1: op weg naar genezing
Diabetes staat bekend als sluipmoordenaar, omdat een te hoge bloedsuiker op den
duur leidt tot complicaties. Bij patiënten met diabetes type 1 is de bloedsuikerspie-
gel soms moeilijk te reguleren. Oorzaak: de cellen die insuline produceren zijn
defect. Tot nu toe zijn patiënten aangewezen op het spuiten van insuline. Pas als
dat echt niet werkt, wordt transplantatie overwogen. Binnen het Diabetes Cell
Therapy Initiative (DCTI) is gezocht naar verbetering en alternatieven.
4
DCTI
Patiënten kunnen in Nederland sinds een paar jaar
een eilandjestransplantatie ondergaan. Daarbij
worden de eilandjes van Langerhans uit de alvlees-
klier van een overleden donor gehaald en inge-
spoten bij de patiënt. Na transplantatie is de
glucoseregulatie bij vrijwel iedereen veel
stabieler. Maar sommige mensen blijven
langere tijd zonder insuline, terwijl anderen
nooit zonder insuline kunnen of er zelfs
na korte tijd toch weer op over moeten.
Cellen verpakkenTransplantatie is dus nog niet zo efficiënt
en dat heeft verschillende oorzaken.
Zowel tijdens de transplantatie als
eenmaal in het lichaam van de
patiënt gaan er insuline
producerende cellen
verloren. Om de
donorcellen veilig
naar de plaats van
bestemming te
loodsen, is er binnen
DCTI gewerkt aan
verschillende
dragermaterialen.
De Koning: “Door de
donorcellen te ver-
pakken, creëer je een
omgeving waarin de
cellen zich zo goed moge-
lijk thuis voelen. Het verlies
blijft dan beperkt.”
Alternatieve bronnenNaast het efficiëntieprobleem speelt
ook donortekort een belangrijke rol.
Met het aantal donoren dat er nu is, is
vijftig tot honderd transplantaties per jaar
het maximum. Maar er komen ieder jaar 1.600
nieuwe patiënten bij. Daarom is er binnen DCTI
gezocht naar alternatieve bronnen om insuline
producerende cellen uit op te kweken. Met als
grootste uitdaging: hoe kunnen we cellen zo
opkweken dat er uiteindelijk genoeg is om alle
patiënten met diabetes type 1 te behandelen.
5
DCTI
Infographic
tekst: René Rector beeld: Parkers
DCTI in vogelvluchtBij Diabetes type 1 produceert het lichaam
geen insuline meer. Dat ontregelt de suiker-
huishouding. Het Diabetes Cell Therapy
Initiative (DCTI) speurt naar nieuwe behan-
delmethoden.
Is de alvleesklier defect, dan is transplan-tatie een (schaarse) optie. Om het succes van de transplantatie te vergroten, is gewerkt aan een speciale pomp, die de alvleesklier tijdens de transplantatie in goede conditie houdt.
Het lichaam regelt de suikerspiegel met insuline. Die wordt aangemaakt door bètacellen in de alvleesklier.
MaagMaag
Dunne darmDunne darm
Alvleesklier
Eilandje van Langerhans
6
DCTI
Idealiter transplanteer je niet vanwege een schrijnend donortekort en afstotings-verschijnselen, maar kweek je nieuwe insuline produ-cerende bètacellen. Omdat die nauwelijks te kweken zijn, is gezocht naar alternatieven en kweekmethoden.
Recent is ook de transplantatie van eilandjes van Langerhans mogelijk, waar de insuline wordt gemaakt. Maar de kwaliteit van de eilandjes neemt vaak snel af. Slimme trucs, waaronder een beschermende verpakking, moeten het succes vergroten.
BloedvatBloedvat
Alvleesklier
Eilandje van Langerhans
Insuline producerende bètacellen
7
DCTI
tekst: Rineke Voogt beeld: Françoise Carlotti
Case study
Bij een type 1 diabetespatiënt zijn de bètacellen,
die verantwoordelijk zijn voor de insulineproductie,
defect of vernietigd. Om toch hun bloedsuikerspie-
gel op peil te houden spuiten mensen met type 1
diabetes insuline. Dat is symptoombestrijding:
voor het onderliggende probleem is geen oplossing.
Zijn bètacellen eenmaal kapot, dan kunnen ze niet
worden gerepareerd.
Wel kun je ze vervangen. Een patiënt kan een donor–
alvleesklier krijgen, inclusief eilandjes van Langer-
hans met daarin werkende bètacellen. Probleem is
alleen: een complete alvleeskliertransplantatie is een
heftige ingreep voor de patiënt en er zijn erg weinig
donoren. (Zie ook Pomp houdt donoralvleesklier in
vorm) Per jaar komen er ongeveer 250 donoralvlees-
klieren beschikbaar – te weinig voor de honderddui-
zend Nederlanders met diabetes type 1. Bovendien
wordt het orgaan na transplantatie soms alsnog
afgestoten.
Sinds 2008 worden de eilandjes ook los getrans-
planteerd. Ze worden ingespoten in de poortader
van de lever. De alvleesklier blijft daarbij onaan-
geroerd: de klier ontsteekt snel en voor de functie
van de eilandjes blijkt de lever een prima huisves-
ting te zijn. Alleen: ook hier is een groot tekort aan
donoren, en moet een patiënt medicijnen blijven
slikken tegen afstotingsverschijnselen.
Bètacellen kweken De Leidse onderzoekster Françoise Carlotti en colle-
ga’s zoeken dan ook naar een manier om insuline
producerende cellen te maken, zonder afhankelijk te
zijn van donoren. Het doel: gekweekte eilandjes van
Langerhans, met bètacellen, klaar voor transplantatie.
Verschillende opties zijn denkbaar om dat doel te
bereiken, vertelt Carlotti, assistant professor bij de
Diabetesgroep van de afdeling Nierziekten van het
Leids Universitair Medisch Centrum. Het makkelijkst
zou zijn om bètacellen bij een gezonde donor weg
Voor mensen met diabetes type 1 (waarbij de alvleesklier geen insuline meer
produceert) is er nog altijd geen genezing. Transplantatie van de alvleesklier is
een mogelijkheid, maar dat is een ingrijpende operatie en het tekort aan donoren
is schrijnend. Vandaar dat werd gezocht naar een oplossing op kleine schaal: je
transplanteert alleen de insuline producerende cellen. Die zijn óók schaars, maar,
zo redeneren Leidse onderzoekers, die kun je opkweken.
Gezocht: cel voor insulineproductie
8
DCTI
links URL
Gezocht: cel voor insulineproductie
te nemen, te vermenigvuldigen in het lab en dan
te implanteren bij de patiënt met diabetes type 1.
Promovenda Maaike Roefs houdt zich bezig met
die mogelijkheid: een kleine hoeveelheid bètacellen
uit een donor doorkweken tot je genoeg nieuwe
bètacellen hebt om te kunnen transplanteren.
Bètacellen kweken klinkt eenvoudiger dan het is.
Ze willen zich namelijk noch in het lichaam noch in
een schaaltje in het laboratorium vermenigvuldigen.
Bovendien veranderen de cellen die je probeert te
kweken van identiteit. Ze starten als insuline produ-
cerende bètacellen, maar transformeren spontaan
in een ander type cel die geen insuline meer produ-
ceert. “Het voordeel is dat we die cellen wel kunnen
vermeerderen”, zegt Roefs. “Maar nu moeten we
nog een manier zien te vinden om ze weer te laten
veranderen in bètacellen.” De gedachte is dat de
gekweekte cellen geschikt zijn voor insulineproduc-
tie, omdat de cellen dat van oorsprong konden.
Het onderzoek naar die weg terug is gaande. Door
de cellen zich te laten groeperen en verschillende
groeifactoren toe te voegen, lukt het al om ze een
klein beetje terug te laten keren naar hun oorspron-
kelijke functie. Naar de precieze trigger om de cellen
weer in vorm te krijgen voor insulineproductie is
het nog zoeken.
GroeifactorenRoefs werkt daarvoor samen met het biotechnolo-
giebedrijf Galapagos. Het bedrijf heeft de capaciteit
om op grote schaal de werking van verschillende
medicijnen op weefsel te testen. Dat is ook voor dit
onderzoek handig: zo kan in korte tijd de werking
van stoffen als groeifactoren getest worden op de
gekweekte bètacellen. Die snelle eerste screening
van stoffen helpt in de zoektocht naar de factoren
die in aanmerking komen om de cellen terug te laten
keren naar hun bèta-oorsprong.
Eilandjes van Langerhans (in rood) kunnen uit de alvleesklier worden geïso-leerd en gescheiden van het overige weefsel. De diameter van een eilandje is ongeveer een tiende millimeter.
9
DCTI
tekst Naam
Case study
Als dat lukt, zou dat de doorbraak zijn waar Roefs
op hoopt. De cellen zouden in een scaffold kunnen
worden geplaatst (zie ook Eilandjes transplanteren in
een kunstmatige alvleesklier) en een diabetespatiënt
kan dan nieuw gekweekte eilandjes van Langerhans
krijgen, zonder dat er een tekort aan donormateriaal
ontstaat.
Andere kandidatenVan de 250 donoralvleesklieren die er jaarlijks in
Nederland beschikbaar zijn, worden sommige orga-
nen in zijn geheel naar één patiënt getransplanteerd.
Uit de andere alvleesklieren worden de eilandjes van
Langerhans gehaald, zo’n een procent van het totale
orgaan, en getransplanteerd. De rest van de alvlees-
klier is dan vaak waardeloos geworden. Zonde,
vinden de onderzoekers. Dat resterende materiaal
zou nog wel eens van pas kunnen komen.
Een van de hoofdonderdelen van de alvleesklier is
het uitgebreide gangenstelsel, dat alle verterings-
sappen die geproduceerd worden door de alvlees-
klier verzamelt en richting de darmen leidt. Die
gangen worden gevormd door zogenoemde ductcel-
len. En die ductcellen zijn belangrijk in de vorming
van bètacellen: tijdens de ontwikkeling van de
alvleesklier, in de baarmoeder, ontstaan de eilandjes
van Langerhans vanuit embryonale ductcellen. “Die
embryonale ontwikkeling kunnen we mogelijk in
een kweekschaaltje nabootsen”, zegt Tim Dielen,
die bij de Diabetesgroep van het LUMC aan dit pro-
ject samenwerkt met promovendus Jeetindra Balak.
Embryonale ontwikkelingHoe je ductcellen uit de alvleesklier isoleert weten
we al. Die volwassen cellen moet je ertoe zien te
bewegen dat ze zich gaan gedragen als embryonale
ductcellen, zodat ze zich vervolgens kunnen specia-
liseren richting bètacel. Dielen: “Het is puzzelen.
We gebruiken wat we weten van embryonale ont-
wikkeling. Je moet de genen die nodig zijn voor de
ontwikkeling van bètacellen identificeren en de
kettingreacties die tijdens de groei plaatsvinden
in kaart brengen. Die informatie kunnen we dan
gebruiken om de cel de goede richting op de sturen.”
De onderzoekers experimenteren met verschillende
groeifactoren. Het is nu mogelijk om voor lange ter-
mijn ductcellen te kweken in een speciale soort gel,
Een eilandje van Langerhans in de alvleesklier onder de microscoop. Celkernen zijn blauw gekleurd, insuline- producerende cellen (bètacellen) rood en glucagon-producerende cellen (alfacellen) groen.
10
DCTI
waarbij de cellen uit zichzelf gangen lijken te vormen
zoals in de embryonale pancreas. De volgende stap is
de ontwikkeling van deze cellen naar bètacellen. De
onderzoekers zijn er in geslaagd om proof of concept
te laten zien: een klein percentage van de gekweekte
ductcellen produceert inmiddels insuline.
BioreactorenEen derde mogelijkheid om insuline producerende
cellen te kweken is werken vanuit alfacellen, die ook
in de eilandjes van Langerhans te vinden zijn en de
tegenhanger van insuline produceren: glucagon. Van
alfacellen zijn er ongeveer vier keer minder dan van
bètacellen. De onderzoeksgroep van het LUMC ont-
dekte dat bètacellen soms spontaan veranderen in
alfacellen, zodra je een eilandje van Langerhans in
het lab uit elkaar laat vallen en de cellen weer laat
samenvoegen. Als we die spontane verwisseling kun-
nen omkeren zodat een alfacel een bètacel wordt, is
de gedachte, dan biedt dat perspectief voor een alter-
natieve bron voor insuline producerende cellen.
Het werk van Carlotti en collega’s is bijzonder,
omdat de onderzoekers zich focussen op menselijke
cellen. “Veel onderzoeksgroepen die met dierlijke
cellen werken publiceren prachtige resultaten –
maar vaak zeggen zulke resultaten weinig over
hoe het bij mensen werkt.” Voor vertaling naar
de kliniek is werken met humane cellen cruciaal.
Er kleven alleen wel nadelen aan: het beperkt de
snelheid van het onderzoek. Niet alleen vanwege
de strengere regels, maar ook omdat er zo weinig
materiaal is om mee te werken. Van de donororga-
nen kunnen ongeveer tachtig alvleesklieren per jaar
worden gebruikt voor onderzoek – mits daarvoor
toestemming is gegeven door de nabestaanden.
Met het materiaal dat wel voorhanden is werken
Carlotti en collega’s dan ook zo efficiënt mogelijk.
Om de celkweek op te schalen, werken ze samen
met biotechnologiebedrijf Xpand, dat erin gespecia-
liseerd is om in bioreactoren cellen te kweken (zie
ook Opdracht: kweek miljoenen bètacellen). Carlotti:
“Om ons werk naar de kliniek te kunnen vertalen,
hebben we een zeer groot aantal cellen nodig. Door
met Xpand samen te werken is de kweek minder
arbeidsintensief: in ons eigen lab kweken we cellen
op een tweedimensionaal vlak, en het kost veel
werk om ze te voeden. Met de driedimensionale
celkweek ontwikkeld door Xpand kunnen we de
kweek sneller opschalen.”
Gezocht: cel voor insulineproductie
Bètacellen (in groen) kunnen worden gekweekt in een kweekfles, waarbij ze veranderen van iden-titeit. Een kenmerk van deze ‘nieuwe’ identiteit is gekleurd in rood. Celkernen zijn blauw gekleurd.
11
DCTI
tekst: Rineke Voogt
Procesverslag
Zomer 2012
Het hele idee achter DCTI is om
gezonde, goed functionerende
bètacellen te transplanteren in
een patiënt die ze niet meer heeft.
Daarvoor heb je natuurlijk vol-
doende bètacellen nodig. Het
ontbreekt aan donormateriaal,
en dus speuren de onderzoekers
naar manieren om nieuwe insu-
line producerende cellen te
maken (zie ook Gezocht: cel voor
insulineproductie). Maar dat is niet
de enige uitdaging: het moet
namelijk niet alleen in een rea-
geerbuisje werken, het moet op
grote schaal. Een gezond persoon
heeft in zijn alvleesklier ongeveer
een miljoen eilandjes van Langer-
hans, die voor zestig procent uit
bètacellen bestaan. Er moet dus
veel gekweekt worden. En daar
komt Xpand in beeld.
Xpand is een biotechnologiebe-
drijf gespecialiseerd in het kwe-
ken van mesenchymale stam-
cellen (die later kunnen specia-
liseren in bijvoorbeeld vetcellen,
bot- of spierweefsel). Ruud Das
en Wendy Tra van Xpand willen
dezelfde techniek gebruiken
voor het kweken van bètacellen.
Daarvoor gebruiken ze een speci-
ale zelfontwikkelde bioreactor,
waarbij in een grote plastic zak
in een gecontroleerde omgeving
veel cellen tegelijk kunnen
groeien terwijl ze met minder
medium toekunnen. Dat moet
ook met bèta’s kunnen, is de
gedachte.
Najaar 2013
De eerste batch cellen komt uit
Leiden aan bij Xpand. Omdat
volwassen bètacellen niet willen
delen, hebben de Leidse onder-
zoekers bètacellen veranderd:
de “gestripte” cellen produceren
geen insuline meer, maar kunnen
wel delen. Zowel gestripte bèta-
cellen als ductcellen moeten in
kweek. Nu is het zaak zo snel
mogelijk uit te zoeken onder
welke omstandigheden de cellen
het best gedijen. Helaas loopt
het al snel op een teleurstelling
uit. Om de cellen te kweken in
de bioreactor (en ze niet met het
medium weg te laten spoelen),
moeten ze hechten aan een zoge-
noemde “microcarrier”: een
knikker van tweehonderd micro-
meter met eiwitten eromheen,
waarop cellen goed groeien.
Als Tra in een kweekplaat cellen
toevoegt aan medium met micro-
carriers en het medium er na een
poos afhaalt, zijn er amper bolle-
tjes vol cellen te zien: helaas, ze
willen niet hechten.
Eilandjes transplanteren boordevol goede, insuline producerende bètacellen. Daar heb je enorm veel bètacellen voor nodig. Maar het opkweken van die cellen bleek zelfs voor specialisten een hachelijke onderneming.
FO
TO
: X
PA
ND
Opdracht: kweek miljoenen bètacellen
12
Voorjaar 2014 Een doorbraak voor de gestripte
bètacellen: een nieuwe batch
cellen, voorzien van een fl uores-
cerend labeltje, blijken goed te
hechten. Microcarrier CellBind
blaakt van de fl uorescentie, zodra
Tra hem prepareert.
Het succes blijkt van korte duur.
Bèta’s willen wel blijven plakken
aan CellBind, maar ze laten nooit
meer los.
Winter 2014
Ductcellen leken naast bètacellen
een goed alternatief om op te
kweken. Maar ze blijken buiten-
gewoon lastige klanten. De popu-
latie cellen die je kweekt is niet
zuiver, het is moeilijk ze te sorte-
ren. En ze hebben enorm veel
medium nodig. Na maanden
experimenteren trekt Tra de
stekker eruit. Ductcellen hebben
vanaf nu geen prioriteit meer:
Xpand focust op bètacellen.
Voorjaar 2015
Je moet je cellen goed kennen om
ze te kunnen kweken. Dat bèta’s
niet makkelijk zijn, is inmiddels
duidelijk. De cellen zijn ook al
niet onder de indruk van enzy-
men die normaal gesproken
makkelijk cellen losweken van
de microcarriers. Zelfs na een
uur badderen in een mengsel
met het enzym laten lang niet alle
cellen los. Moeten ze nog langer?
Dat kan eigenlijk niet, want dan
gaan er ook cellen kapot.
Zomer 2015
De cellen van twee donoren staan
op kweek in platte kweekfl essen.
Het gaat de goede kant op: de
goede microcarrier, de juiste
groeifactoren en vijftig procent
van de gekweekte cellen kan
geoogst worden. Genoeg is het
nog niet. Das en Tra zijn niet
bereid zomaar de helft van de
kweek op te geven. Dat oogsten
moet beter kunnen.
20??
De oogst is gelukt! Dus nu op naar
de volgende stap: de cellen kwe-
ken in de bioreactor. Daarin kan
het equivalent van honderd platte
kweekfl essen aan cellen tegelijk
groeien. Tweehonderd miljoen,
als het meezit. Dat zijn genoeg
bètacellen voor tientallen patiën-
ten met diabetes type 1. Althans,
als het lukt om de gestripte bèta’s
weer te veranderen in insuline
producerende cellen. Wordt aan
gewerkt.
FO
TO
: M
AA
IKE
RO
EF
S
FO TO : W
I KIM
ED I A
FO
TO
: X
PA
ND
Opdracht: kweek miljoenen bètacellen
13
DCTI Beeldreportage
Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklierVijftig eurocentIn het laboratorium van bio-engineer Aart van Apeldoorn giet onderzoeker Don Hertsig een elastisch biomateriaal op een speciaal ontworpen malletje. Na een tijdje wachten is het materiaal hard genoeg om uit de mal te halen. Daarna kun-nen gecontroleerd kleine gaatjes in het materiaal worden aangebracht. Het resultaat is een elas-tisch, dun laagje biomateriaal dat niet veel groter is dan een muntstuk van vijftig eurocent.
Dit fl interdunne “muntje” is bedoeld als drager voor eilandjes van Langerhans tijdens transplanta-tie. “Door het biomateriaal te persen of te gieten, ontstaat een soort micro-eierdoosje met allemaal kleine kommetjes”, legt Van Apeldoorn uit. “In ieder kommetje kun je één eilandje vangen. Door de eerder aangebrachte gaatjes kunnen heel makkelijk bloedvaten groeien, zodat de eilandjes zuurstof en voedingsstoffen kunnen krijgen. Door het transplantaat af te sluiten met nog een laagje materiaal zitten de eilandjes in een beschermde omgeving.”
Het transplantaat is inmiddels met succes getest bij kleine proefdieren. De volgende stap is het testen van het materiaal bij varkens.
tekst: Elles Lalieu beeld: Aart van Apeldoorn
14
DCTI
Elf kunstmatige alvleesklierenImmunoloog Paul de Vos onderzoekt de effectivi-teit van een kunstmatige alvleesklier in ratten en muizen. “Eerst wordt het lege transplantaat onder de huid van een muis of rat gebracht”, vertelt hij. “Het transplantaat is lichaamsvreemd en dus komt er een afstotingsreactie op gang. Pas als die achter de rug is en er voldoende bloedvaten in het transplantaat aanwezig zijn, brengen we de eilandjes in via een infuus. Doen we dat eerder, dan gaan alle eilandjes gelijk dood.”
De eerste resultaten van de kunstmatige alvlees-klier zijn veelbelovend. Op de grote foto is de rug van een rat opengesneden om de doorbloeding van het transplantaat te kunnen beoordelen. De doorbloeding is prima, de eilandjes overleven en produceren een normale hoeveelheid insuline. Op de kleine foto zijn geïsoleerde eilandjes zichtbaar onder een microscoop.
Inmiddels lopen er elf proefdieren met een kunstmatige alvleesklier rond en bij sommige dieren gaat dat al vier maanden goed. In de komende jaren wordt het transplantaat langzaam opgeschaald van kleine proefdieren, via grote proefdieren, naar mensen.
beeld: Paul de Vos
16
DCTI Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier
17
DCTI Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier
Sinds een aantal jaar komen patiënten met ernstige vormen van diabetes type 1 in aanmerking voor transplantatie van eilandjes van Langerhans. Eilandjes worden uit de alvleesklier van een donor gehaald en ingebracht in de lever van de patiënt. Dat lukt, maar doordat de eilandjes niet in de lever thuishoren, gaan er tijdens transplantatie en in de periode daarna veel verloren. Bio-engineer Aart van Apeldoorn en immunoloog Paul de Vos proberen een betere transplantatieplaats te maken met behulp van biomaterialen.
Dat de eilandjes bij transplantatie in de lever worden geplaatst, heeft vooral een praktische reden. De Vos legt uit: “Artsen willen de alvleesklier niet aanraken, want dat orgaan produceert ook spijsverteringssappen en als die gaan lekken zijn de problemen niet te overzien. Maar direct na transplantatie in de lever gaat waarschijnlijk meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren. Dit verlies willen we voorkomen door de eilandjes, die heel wei-nig kunnen hebben, in een kunstmatige omgeving te transplan-teren die de alvleesklier nabootst.”
Zo’n kunstmatige omgeving moet aan een aantal criteria voldoen. “Het materiaal mag niet afbreekbaar zijn en moet makkelijk uit het lichaam te verwijderen zijn”, somt Van Apeldoorn op. “Verder mag het materiaal niet toxisch zijn voor cellen en mogen de eilandjes er niet aan kunnen hechten. Door te hechten kunnen de eilandjes van vorm veranderen en daardoor hun functie verliezen.”
Zo’n nieuwe kunstmatige alvleesklier moet minstens net zo effi ci-ent zijn als de huidige methode, anders heeft het geen zin om ermee verder te gaan. Wanneer een methode goed genoeg is, is geen uitgemaakte zaak. De Vos: “We krijgen eilandjes van overle-den donoren, dus daar moeten we zuinig op zijn. We kunnen niet zomaar iets pakken en het gebruiken. Vandaar ook dat we zoveel mogelijk willen monitoren voordat we de eilandjes in de kunstma-tige alvleesklier brengen.”
“ Direct na transplantatie in de lever gaat al meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren.”
18
DCTI Interview
Een patiënt met diabetes type 1 kan zijn of haar
bloedsuikerspiegel meestal redelijk onder controle
houden door op bepaalde momenten insuline te
spuiten. Er zijn echter patiënten bij wie dat erg lastig
blijkt: bij hen zijn er enorm veel wisselingen in hun
bloedsuiker, waarvan ze vaak op vroege leeftijd al de
gevolgen ondervinden. Een continu te hoge bloed-
suikerspiegel kan bijvoorbeeld leiden tot nierfalen
of schade aan het netvlies of de zenuwen; van een
te laag glucosegehalte kun je bewusteloos of zelfs in
coma raken.
Die groep heeft baat bij een alvleeskliertransplan-
tatie. Leemkuil: “Dat is een ingrijpende operatie,
met een hoog risico op complicaties. Een deel van
de patiënten is lichamelijk niet fit genoeg om zo’n
grote operatie te ondergaan. Soms moet een patiënt
maanden in het ziekenhuis blijven. De resultaten na
een geslaagde transplantatie zijn overigens goed; een
groot deel van de patiënten hoeft geen insuline meer
te gebruiken.”
Per jaar worden er in Nederland rond de dertig al-
vleesklieren getransplanteerd. Zo’n operatie vereist
Een menselijke alvleesklier wordt voorbereid voor koppeling aan de pomp.
Bij sommige diabetes-type-1-patiënten is het glucosegehalte van het bloed
ondanks insulinebehandeling zo slecht onder controle te houden, dat trans-
plantatie van een nieuwe alvleesklier de enige uitkomst is. Die transplantatie
is een moeilijke procedure met veel kans op beschadiging van het orgaan.
Onderzoekers Henri Leuvenink en Marjolein Leemkuil van het Universitair
Medisch Centrum Groningen werken aan een oplossing om de conditie van
donoralvleesklieren te verbeteren.
Pomp houdt donor- alvleesklier in vorm
tekst: Rineke Voogt beeld: Marjolein Leemkuil
DCTI Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier
Sinds een aantal jaar komen patiënten met ernstige vormen van diabetes type 1 in aanmerking voor transplantatie van eilandjes van Langerhans. Eilandjes worden uit de alvleesklier van een donor gehaald en ingebracht in de lever van de patiënt. Dat lukt, maar doordat de eilandjes niet in de lever thuishoren, gaan er tijdens transplantatie en in de periode daarna veel verloren. Bio-engineer Aart van Apeldoorn en immunoloog Paul de Vos proberen een betere transplantatieplaats te maken met behulp van biomaterialen.
Dat de eilandjes bij transplantatie in de lever worden geplaatst, heeft vooral een praktische reden. De Vos legt uit: “Artsen willen de alvleesklier niet aanraken, want dat orgaan produceert ook spijsverteringssappen en als die gaan lekken zijn de problemen niet te overzien. Maar direct na transplantatie in de lever gaat waarschijnlijk meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren. Dit verlies willen we voorkomen door de eilandjes, die heel wei-nig kunnen hebben, in een kunstmatige omgeving te transplan-teren die de alvleesklier nabootst.”
Zo’n kunstmatige omgeving moet aan een aantal criteria voldoen. “Het materiaal mag niet afbreekbaar zijn en moet makkelijk uit het lichaam te verwijderen zijn”, somt Van Apeldoorn op. “Verder mag het materiaal niet toxisch zijn voor cellen en mogen de eilandjes er niet aan kunnen hechten. Door te hechten kunnen de eilandjes van vorm veranderen en daardoor hun functie verliezen.”
Zo’n nieuwe kunstmatige alvleesklier moet minstens net zo effi ci-ent zijn als de huidige methode, anders heeft het geen zin om ermee verder te gaan. Wanneer een methode goed genoeg is, is geen uitgemaakte zaak. De Vos: “We krijgen eilandjes van overle-den donoren, dus daar moeten we zuinig op zijn. We kunnen niet zomaar iets pakken en het gebruiken. Vandaar ook dat we zoveel mogelijk willen monitoren voordat we de eilandjes in de kunstma-tige alvleesklier brengen.”
“ Direct na transplantatie in de lever gaat al meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren.”
19
DCTI
veel voorbereiding en grote zorgvuldigheid. Een
alvleesklier is week van structuur, en veel minder
solide dan een nier of een lever, waardoor het snel
beschadigt. De gevolgen daarvan zijn groot: een
alvleesklier bestaat namelijk slechts voor ongeveer
twee procent uit de eilandjes van Langerhans (met
daarin de insuline producerende cellen), maar voor
het grootste gedeelte uit cellen die spijsverterings-
enzymen aanmaken. Als die door schade gaan lekken
in de buikholte van de ontvanger, kunnen ze mogelijk
ook de eigen organen verteren. En ondanks de zorg-
vuldigheid van artsen treden er vaak complicaties op.
Leuvenink en Leemkuil willen de kans op schade
aan de alvleesklier zoveel mogelijk verkleinen, zodat
het aantal geschikte donororganen toeneemt.
“Tijdens een donatieprocedure treedt er in verschil-
lende stappen schade op aan de organen”, zegt
Leuvenink. Risico op schade start al bij het overlij-
den van de donor. Vervolgens worden de organen op
de operatiekamer gekoeld, uit het lichaam genomen
en in een piepschuimdoos op ijs getransporteerd
naar het ontvangend ziekenhuis. Hier worden ze
aangesloten op de bloedvaten van de ontvanger,
waarna er weer warm bloed door het orgaan
stroomt. Dat moet anders kunnen, vonden de
Groningse onderzoekers.
Een alternatief voor de piepschuimdoos is de
zogenoemde machineperfusie, een methode die is
afgekeken van de hart-longmachine. Als je het te
transplanteren orgaan na uitname kunt aansluiten
op zo’n soort machine, verklein je de kans op
schade. “Wanneer een orgaan afkoelt, daalt het
metabolisme tot ongeveer tien procent. De organen
hebben dan dus nog steeds zuurstof en voedingsstof-
fen nodig. Met een pomp kun je het orgaan continu
doorspoelen met een vloeistof naar keuze, en het
bovendien op de gewenste temperatuur houden. Een
oxygenator levert zuurstof. Je zou zelfs medicijnen
kunnen geven of het orgaan kunnen repareren”,
zegt Leuvenink.
20
DCTI Pomp houdt donoralvleesklier in vorm
Sluit je een orgaan meteen aan op een pomp, dan
kun je er ook eerst tests op uitvoeren voor je hem
transplanteert. Leuvenink: “Als je een oude auto
koopt, wil je ook zeker weten dat de motor goed is.
Van een donororgaan dat in een piepschuimdoos
binnenkomt weet je niets. Het is dus heel relevant
om het orgaan eerst op de ‘testbank’ te leggen. Bij
een alvleesklier wil je natuurlijk weten: produceert
hij wel insuline?”
Voor de nier, de lever en longen bestaat zo’n pomp al
langer. Machineperfusie bij de alvleesklier is een nog
onontgonnen expertise. Leemkuil heeft binnen DCTI
gewerkt aan een prototype voor de pomp, gebruik-
makend van bestaande apparaten voor de nier. “We
hebben gemerkt dat deze pomp niet geschikt is voor
een alvleesklier en nog aanpassingen behoeft, maar
eerst wilden we testen of een dergelijke opstelling
überhaupt effect heeft voor dit orgaan. Als het veilig
lijkt, dan kunnen we een pomp ontwikkelen speci-
fiek voor de alvleesklier.”
De eerste proeven met varkensalvleesklieren waren
succesvol. Ook bij afgekeurde menselijke donor-
alvleesklieren testte Leemkuil wat de pomp voor
effect had op het weefsel, en vergeleek dat met het
weefsel van alvleesklieren die op de conventionele
manier bewaard werden. Het pompsysteem bracht
geen schade toe aan het weefsel van de alvleesklie-
ren en de vitaliteit was groter: ze bevatten meer ATP,
de drager van energie in een cel. Inmiddels wordt
het effect van de pomp op de kwaliteit van de
eilandjes van Langerhans na isolatie onderzocht, in
een samenwerkingsverband met het Leids Universi-
tair Medisch Centrum.
“Het principe werkt. Dat was de eerste stap”, zegt
Leemkuil. “Maar we kunnen de methode nog niet
aan iedereen adviseren. Er moet nu eerst een speci-
fieke pomp komen voor de alvleesklier, waarbij we
de instellingen kunnen toespitsen op de ‘wensen’
van het orgaan.” Ook logistiek zijn er nog wat haken
en ogen: zodra een chirurg een donoralvleesklier
uitneemt, moet iemand het orgaan op de pomp
aansluiten. De pomp reist vervolgens mee naar de
ontvanger van het orgaan – maar mag dat wel in het
vliegtuig? Wie gaat er dan mee? “Dat soort kwesties
moeten we eerst oplossen”, zegt Leuvenink.
Als die alvleesklierpomp er eenmaal is, kan hij wel-
licht ook worden gebruikt bij de transplantatie van
eilandjes van Langerhans. De verwachting is dat de
eilandjes van een op de pomp aangesloten alvlees-
klier een betere conditie hebben. Dat is gunstig,
want losse eilandjes functioneren minder goed dan
een hele alvleesklier. Daarom zijn er voor transplan-
tatie nu eilandjes van twee of drie donoren nodig.
Leuvenink: “We willen proberen om met de pomp
de conditie van de alvleesklier en dus de kwaliteit
van de eilandjes beter te maken, zodat we met één
alvleesklier toekunnen.”
Een alvleesklier die is aangeslo-ten op de pomp. Deze voorziet hem van zuurstof en nutriënten, waardoor het orgaan in betere conditie blijft.
“ Soms moet een patiënt maanden in het ziekenhuis blijven.”
21
DCTI
Eerste tests versus laatste strohalm
Voor patiënten die hun glucosegehalte maar niet onder controle kunnen
krijgen, is elke nieuwe vorm van therapie een laatste strohalm. Maar
hoe ga je daar als arts en wetenschapper mee om? Wanneer is toepas-
sen veilig genoeg om de patiënt erbij te betrekken? Eelco de Koning,
hoogleraar Diabetologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum,
legt uit.
Discussie
22
DCTI
Na transplantatie werken de eilandjes van Langerhans nog niet optimaal. Waarom wordt die behandeling toch uitgevoerd?“Omdat behandeling vaak wel eff ectief is. De eerste
eilandjestransplantatie werd uitgevoerd in de jaren
tachtig. En inmiddels is die behandeling wereldwijd
zo’n 2.000 tot 3.000 keer gedaan. De behandeling
verbetert een moeizame glucoseregulatie bij de
patiënt, al zijn er wel bijwerkingen zoals infecties of
een verhoogd risico op bepaalde vormen van huid-
kanker. We willen de behandeling op dit moment
verbeteren door het gebruik van dragermaterialen.”
En die dragermaterialen kun je zomaar op de mens uitproberen?“Nee, dat kan niet. Dat zal moeten gebeuren in
een onderzoekssetting, met toestemming van de
medisch-ethische commissie van het ziekenhuis.
Binnen DCTI hebben we de dragermaterialen getest
in kleine proefdieren. Nu zullen we de eff ectiviteit
en de veiligheid nog moeten aantonen in grotere
proefdieren, zoals bijvoorbeeld varkens. Pas als die
tests succesvol zijn, kun je de behandeling toepassen
bij patiënten.”
Hoe zou zo’n eerste toepassing eruit kunnen zien?“We zouden de meeste eilandjes via de gangbare
methode in de lever kunnen transplanteren. En
daarnaast een klein gedeelte van de eilandjes in
dragermaterialen ergens anders transplanteren,
bijvoorbeeld onder de huid. Dan krijgen patiënten
de reguliere behandeling en kunnen we ook zien
hoe eilandjes in dragermaterialen zich gedragen in
het menselijk lichaam.”
Nu is er vanwege het donortekort ook sprake van een mogelijke behandeling met stamcellen. Geldt daarvoor dezelfde procedure?“De verschillende dragermaterialen zijn al door
instanties goedgekeurd voor gebruik in de mens.
Dat is ook één van de redenen dat we bij aanvang
van het onderzoek voor deze materialen hebben
gekozen. Als je stamcellen gaat toevoegen, begeef
je jezelf op een heel ander terrein.”
Wat is dan het grote verschil?“Wat we nu doen is eilandjes uit de alvleesklier
van een donor isoleren en proberen die in leven
te houden, totdat ze een paar dagen later worden
getransplanteerd. Eigenlijk doe je verder niks bij-
zonders met de cellen. Stamcellen moeten zich eerst
delen, zodat je er lekker veel van krijgt. En dan kun
je ze met behulp van groeifactoren laten uitrijpen.
Stamcellen blijven langer in kweek dan donor-
cellen en kunnen tijdens die kweekperiode
allerlei veranderingen ondergaan, ook genetische
veranderingen.”
En wat heeft dat voor gevolgen voor het testen op mensen?“Het betekent dat je het celproduct heel goed moet
testen. Je moet bijvoorbeeld aantonen dat je tijdens
het kweken geen kankercellen aan het maken bent.
Behandeling met stamcellen is daarom iets voor de
verdere toekomst.”
Als het er ooit van komt. Want kankercellen, dat klinkt best riskant.“Er zijn niet genoeg donoren om iedereen met
diabetes type 1 te kunnen behandelen. Dus als we
meer willen doen dan symptoombestrijding met
insuline-injecties, maar een defi nitieve oplossing
willen creëren, moeten we naar andere celbronnen
toe. Dat kan niet anders. Belangrijk is wel dat pati-
enten bij onderzoek naar een nieuwe behandeling
altijd toestemming moeten geven. Van tevoren
zullen ze heel goed geïnformeerd worden over de
mogelijke risico’s. En de celproducten moeten
uitermate goed getest zijn op veiligheid.”
Wat is de huidige stand van zaken?“In Engeland is inmiddels één op de zes ziekenhuis-
bedden bezet door behandeling van complicaties
bij patiënten met diabetes. Een echte oplossing
zou dan ook zeer welkom zijn. Maar, zoals bij al het
medisch wetenschappelijk onderzoek, is dit geen
kwestie van weken of maanden maar een kwestie
van jaren. Patiënten zullen dus geduld moeten
hebben voordat ze zich aan deze strohalm kunnen
vastklampen.”
tekst: Elles Lalieu beeld: LUMC
23
Partners
Diabetes fonds www.diabetesfonds.nl
Galapagos www.glpg.com
Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl
Polyganics www.polyganics.nl
Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl
Xpand Biotechnology bv www.xpand-biotech.com
University of Twente www.utwente.nl
DCTI is een onderzoeksinitiatief om bètacel-vervangende therapie te verbeteren en deze therapie beschikbaar te maken voor patiënten met falende bètacellen. Deze patiënten hebben diabetes ontwikkeld doordat de bètacellen in de eilandjes van Langerhans geen insuline meer produceren. De belangrijkste onderzoeksdoelen zijn; de beschikbaarheid te verhogen van eilandjes van Langerhans; factoren identificeren die getransplanteerde eilandjes langer laten functioneren en overleven; en alternatieve locaties voor transplantatie te benutten met behulp van biomaterialen.
Contact: Eelco de Koning, [email protected], 071-5263964 Aart van Apeldoorn, [email protected], 053-4892153
24
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, Science Center NEMO
Coördinatie
Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, Kennislink
Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met Science Center NEMO (uitgever van Kennislink.nl) en Margot Beukers (DCTI).
25