Diagnose, medicijnen, herstel

Diagnose, medicijnen, herstelLSH-FES: onderzoek om wetenschap dichter bij de patiënt te brengen

‘Diagnose, medicijnen, herstel’ doet verslag

van de baanbrekende resultaten die zijn geboekt

in de zes zogenoemde LSH-FES consortia:

tEPIS, Cyttron II, NeuroBasic, Virgo, DCTI en

NIRM. De activiteiten van deze consortia liepen

van 2010 tot 2016 en werden gecofinancierd uit

de zogenoemde aardgasbaten.

De werkterreinen van deze onderzoeksconsortia

waren zeer divers: image sharing, bioimaging,

hersenaandoeningen, virussen, diabetes type 1

en regeneratieve geneeskunde. Hoewel uiteen-

lopend in focus, hebben de zes consortia als

overeenkomst dat zij alle werkten aan de vaak

zo moeilijke stap van fundamenteel onderzoek

naar praktische toepassingen.

Na zes jaar hard werken zijn de resultaten

van deze samenwerkingsverbanden duidelijk

zichtbaar – veel ontwikkelingen zijn direct

inzetbaar voor patiënten, danwel kunnen

worden gebruikt voor onderzoek dat heel

dicht bij de patiënten staat.

Diagnose, m

edicijnen, herstel

Amsterdam 2016

Diagnose, medicijnen, herstellenLSH-FES: ONDERZOEK OM WETENSCHAP DICHTER BIJ DE PATIËNT TE BRENGEN

LSH-FESLSH-FES

NEUROBASIC – De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten

Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten 44

NeuroBasic in vogelvlucht 46

Schizofrenie behandelen begint bij begrip 48

Muizen met epilepsie 53

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker 56

‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’ 62

VIRGO – Virusinfecties: beter begrepen, beter bestreden

Volg de immuunrespons in stapjes 66

Model immuunsysteem beter door slim combineren data 68

Viruskillers ook economisch succesvol 70

Snotterende dromedarissen verspreiden dodelijk virus 72

Oppepper voor een uitgeput afweersysteem 76

Gluren door het sleutelgat: Een kakofonie van genactiviteit 79

‘Onschuldig’ mazelenvirus brengt je afweer om zeep 82

Ziekenhuis of niet? Je genen bepalen het 86

Vaccins werken niet als je ze op de plank laat liggen 88

LSH-FES

Introductie 7

Life Sciences & Health: kennisontwikkeling voor vitale burgers 8

TEPIS – Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoek

tEPIS in vogelvlucht 14

Pathologen gaan in de cloud 16

Zestienduizend foto’s vergelijken 18

De uitdaging zit in het juiste berekening 19

CYTTRON II – Bioimagingtechnologie voor een betere diagnostiek

Google Earth tot in de cel: ‘Zo ziet het er bij jou ook uit’ 22

Cyttron II in vogelvlucht 26

Maximaal inzoomen zonder risico 28

Microscoopglaasjes gaan digitaal 30

Een moleculaire kaart van het weefsel 35

Cellen in 3D 36

‘De mens is de uitdaging, niet de techniek’ 39

Inhoud

René Rector

DEZE TWEE OMDRAAIEN

René Rector

René Rector

René Rector

DIT ZIJN KADERS

LSH-FESLSH-FES

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs 138

Leverschade herstellen met eigen cellen 142

Bloedcellen met een streepjescode 145

Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde? 146

Partners

tEPIS 150

Cyttron II 151

NeuroBasic 152

Virgo 153

DCTI 155

NIRM 156

Colofon 159

Inhoud

DCTI – Op weg naar genezing van diabetes type 1

Diabetes type 1: op weg naar genezing 92

DCTI in vogelvlucht 94

Gezocht: cel voor insulineproductie 96

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen 100

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier 102

Pomp houdt donoralvleesklier in vorm 106

Eerste tests versus laatste strohalm 110

NIRM – Help het lichaam zichzelf te herstellen

Als tissue engineering en stamcelonderzoek elkaar ontmoeten 114

Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel 116

Design je eigen hartklep 119

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen 122

Bouw een testkit op maat 128

Stamcellen overleven op synthetische hydrogel 130

Herstellen met stamcellen 132

Nooit meer droge beschuitjes 134

Maak je eigen onderzoeksmateriaal 137

René Rector

Over LSH-FES

René Rector

Health~Holland 149

LSH-FES

7

Voorwoord

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

Voor u ligt een fraai boek over de baanbrekende resultaten die zijn geboekt in de zes

zogenoemde LSH-FES projecten: tEPIS, Cyttron II, NeuroBasic, Virgo, DCTI en NIRM.

LSH staat voor ‘Life Sciences & Health’, oftewel de toepassing van de levenswetenschappen

voor onze gezondheid, en FES voor ‘Fonds Economische Structuurversterking’, dat putte

uit de zogenoemde aardgasbaten.

Deze publiek-private samenwerkingsverbanden begonnen hun activiteiten in 2010, na

goedkeuring door de Nederlandse overheid van een overkoepelend voorstel. Dit voorstel

werd ingediend door een consortium van meer dan honderd partners – waaronder veel

kleine en middelgrote bedrijven, multinationals, universitaire en medische onderzoeks-

groepen, patiëntenorganisaties, en de ministeries van VWS, OCW en EZ.

De FES-subsidie werd ingezet om tot publiek-private samenwerkingsvormen te komen:

tegen elke euro subsidie van de overheid werd ook een euro door de partners geïnvesteerd.

Hiermee werden projecten gefinancierd die reeds hun kracht hadden bewezen in de

LSH-clusters Diagnose, Geneesmiddelen, Regeneratieve geneeskunde, en Technologie

& Infrastructuur.

Na zes jaar hard werken zijn de resultaten van deze samenwerkingsverbanden duidelijk

zichtbaar – veel ontwikkelingen zijn direct inzetbaar voor patiënten, of kunnen worden

gebruikt voor onderzoek dat heel dicht bij de patiënten staat. Hiermee hebben de consortia

aangetoond dat ze de onderzoeksgelden optimaal hebben ingezet om bij te dragen aan

het verbeteren van de nationale gezondheid, en voor het aanjagen van de economische

bedrijvigheid in Nederland.

Veel van deze resultaten vindt u terug in dit boek. U zult versteld staan van de ontwikke-

lingen in de diverse vakgebieden. Ik wens u dan ook veel leesplezier!

LSH-FESLSH-FES

98

Nederland heeft een excellente kennisbasis en top-wetenschappers. Door samen te werken met bedrij-ven, gezondheidsfondsen, patiënten(organisaties), overheid en andere organisaties worden nieuwe oplossingen gerealiseerd: betere diagnostiek, slim-mere medicijnen, manieren om weefsel te helpen herstellen, alsmede nieuwe diensten en services ten behoeve van preventie en zorg. In toenemende mate bestaan preventieve en therapeutische interventies uit combinaties van bovengenoemde oplossingen.

De samenwerkingsverbanden die in dit boek hun resultaten presenteren zijn voorbeelden van publiek-private samenwerking op het gebied van onderzoek en ontwikkeling. De gepresenteerde projecten zijn, naast bijdragen van de betrokken partners, mede gefinancierd vanuit de aardgasbaten (Fonds Economische Structuurversterking, FES) van de Nederlandse overheid in het zogenoemde “LSH-FES-programma”. Dit programma, ontwik-keld onder leiding van de (wetenschappelijke) direc-

teuren van de topinstituten Center for Translational Molecular Medicine (CTMM), Top institute Pharma (TI Pharma), het Biomedical Materials Programma (BMM) en het Netherlands Genomics Initiative (NGI), heeft mede de basis gelegd voor de Topsector Life Sciences & Health.

Het programma werd in 2009 zorgvuldig samengesteld vanuit de gedachte dat Nederland op verschillende vakgebieden binnen de gezondheids-sector dicht bij de vaak zo moeilijke stap richting patiënt was, en dat een subsidieprogramma precies het goede duwtje in de rug zou zijn om die stap te maken en tegelijkertijd de samenwerking tussen wetenschappelijk onderzoekers en bedrijfsleven duurzaam te verstevigen.

Op het terrein van diagnostiek zijn twee clusters van onderzoek die aanhaken op die gedachte: tEPIS en Cyttron II. Beide onderzoeksprogramma’s beogen middels technologische vernieuwing de diagnostiek

tekst: Herman Verheij en René Rector

Life Sciences & Health: kennisontwikkeling voor vitale burgers

De doorbraken binnen de Life Sciences & Health (LSH) topsector volgen elkaar

steeds sneller op. De 21ste eeuw wordt niet voor niets nu al de eeuw van de life

sciences genoemd. Life sciences, of levenswetenschappen, dragen bij aan het

verbeteren van de gezondheid van mensen.

Introductie

LSH-FESLSH-FES

1110

Life Sciences & Health: kennisontwikkeling voor vitale burgers

Daarnaast is het een sector met een grote economi-sche betekenis: kennisintensieve werkgelegenheid en nieuwe bedrijvigheid, groeiende import en export en grote investeringen vanuit buitenlandse bedrij-ven. De combinatie van een maatschappelijk, wetenschappelijk en economisch belang maakt het des te belangrijker om te zorgen voor sterke publiek-private samenwerkingsverbanden waarin deze belangen bijeengebracht worden.

Innovatieve krachtDe topsector Life Sciences & Health bouwt mede voort op de successen van het LSH-FES programma onder de vlag “Health~Holland”. Eén van de grootste maatschappelijke uitdagingen waarop Health~Holland zich concentreert is hoe we kunnen komen tot een toekomstbehendig zorgsysteem, dat steeds betere gezondheid en gezondheidszorg realiseert, voorziet in oplossingen voor de groeiende zorgvraag en dat tegelijkertijd bemensbaar en betaalbaar blijft. De topsector bundelt de innova-tieve kracht van academie, bedrijfsleven en overheid van Nederland om tot slimme, gezamenlijke, oplos-singen te komen die bijdragen aan vitaal functione-

rende burgers in een gezonde economie. Enkele in dit boek beschreven voorbeelden van zulke innovaties zijn het dichterbij brengen van de mogelijkheden van transplantatie van eilandjes van Langerhans, en het identificeren en het ontwikkelen van een vaccin tegen het MERS-virus.

Health~Holland richt zich naast publiek-private onderzoeksprojecten op belangrijke sectordoorsnij-dende en -overstijgende thema’s. Een voorbeeld is de human capital agenda, die 1moet bijdragen aan een toekomstbestendige workforce van voldoende goed opgeleide en ondernemende arbeidskrachten. Een ander voorbeeld is de samenwerking met andere topsectoren zoals Agrofood, Chemie, Energie, HTSM, Logistiek en ICT, en ook met de Creatieve industrie (CLICK NL) waarmee bijvoorbeeld gewerkt wordt aan oplossingen om ouderen met dementie langer zelfstandig te laten functioneren in hun thuis- en leefomgeving.

te vereenvoudigen. tEPIS richt zich op infrastructuur voor diagnostiek van pathologie, Cyttron II op bioimagingtechnieken.

Een stap verder in het behandelproces stuiten artsen bij patiënten met verschillende aandoeningen op de afwezigheid van een goede remedie. NeuroBasic Pharmaphenomics bouwt voort op de kennis die in de voorloper van het onderzoeksprogramma, NeuroBSIK, was opgedaan. In dat programma dach-ten onderzoekers een methode uit om medicijnen tegen tal van hersenziekten überhaupt te kunnen testen in modellen – iets dat tot nu toe nauwelijks mogelijk was. In PharmaPhenomics zet het consor-tium een stap verder, waardoor verschillende veel-belovende medicijnen tegen tal van hersenziekten nu klinisch getest kunnen worden. Onderzoekscon-sortium Virgo heeft als doel de geheimen van het immuunsysteem verder te ontrafelen, om er zo achter te komen wat er in detail gebeurt bij een virusinfectie en er adequate interventiestrategieën en vaccins tegen te ontwikkelen.Er zijn ook aandoeningen waarvan we weten dat het ontwikkelen van een goede therapie op de conventi-

onele manier een hachelijke onderneming blijft. Hier past een heel nieuwe manier van geneeskunst. Het Diabetes Cell Therapy Initiative (DCTI) en het Netherlands Institute for Regenerative Medicine (NIRM) zoeken naar alternatieve therapieën voor bestaande aandoeningen. Patiënten met diabetes type 1 zijn aangewezen op het spuiten van insuline. Door te proberen alvleeskliertransplantatie en het kweken en transplanteren van de eilandjes van Langerhans te verbeteren wil DCTI de kwaliteit van leven van deze patiënten verbeteren. Bij NIRM wordt onderzocht in hoeverre het buiten het lichaam opkweken van lichaamseigen celmateriaal een oplossing kan zijn als het lichaam zelf niet meer herstelt.

Nieuwe bedrijvigheidMet het benoemen van Life Sciences & Health als topsector heeft de Nederlandse overheid een belang-rijke stap gezet in de erkenning van de bijdragen vanuit deze sector voor zowel de economie als de maatschappij. Het is een unieke sector die aan de ene kant bijdraagt aan nieuwe oplossingen voor iets dat ons allemaal aangaat: onze gezondheid.

Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoekTEPIS

Pathologen bestuderen weefsel onder de microscoop. Samen

kijken maakt grootschalig onderzoek mogelijk. tEPIS neemt

de belangrijkste hobbel in samenwerking weg: de logistiek.

+

-

+

-

TEPISTEPIS Infographic

1514

3 Een patholoog bekijkt het weefsel onder een micro-scoop. Wie samen naar een glaasje wil kijken (bijvoorbeeld voor overleg over een diagnose of een wetenschappelijke stu-die), is aangewezen op foto’s (maar mist bewegingsruimte) of een meekijkmicroscoop.

3 Met behulp van een scanner wordt het preparaat gedigitaliseerd. Dat levert een fotobestand op van 5 GB.

4 Het levert een gedigitali-seerde coupe op. Om op af-stand te kunnen samenwerken moet het beeld via internet tussen twee plaatsen uit- gewisseld kunnen worden.

5 tEPIS moest twee belang-rijke uitdagingen overwinnen: beveiliging en het uitwisselen van de immense scanbestan-den via internet.

4 Samen kijken betekent: microscoopglaasjes meene-men. Dat is tijdrovend, het geeft risico op beschadiging van onderzoeksmateriaal en bij grote, multi-institutionele onderzoeken is de logistiek een nachtmerrie.

5 Opslag maakt het studie- materiaal moeilijk toegankelijk. Resultaten van een studie beperken zich meestal tot Excel-files en foto-opnames.

Pathologen bestuderen flinterdunne plakjes weefsel onder de

microscoop. Aan de hand van wat ze zien stellen ze een diagnose.

Zolang je niet hoeft te overleggen gaat dat goed, maar voor

grootschalig onderzoek of een second opinion waren pathologen

aangewezen op inefficiënte en onhandige procedures.

1 Een arts neemt een biopt bij een patiënt en stuurt dit naar de afdeling pathologie.

2 Van het biopt worden flinterdunne plakjes gesneden; coupes. Die belanden op een microscoopglaasje, en worden vaak behandeld met kleur- stoffen om bepaalde cellen of celonderdelen goed zichtbaar te maken.

tEPIS in vogelvlucht

tekst: René Rector beeld: Parkers

Nieuw

Oud

TEPISTEPIS

1716

Pathology Image Sharing-systeem, bouwt voort op een recente technologische ontwikkeling: het kunnen scannen van microscoopglaasjes. Preparaten zijn vaak minder dan een vierkante centimeter, maar recente scanners (zoals bijvoorbeeld ontwikkeld binnen het Cyttron II-consortium. Zie ook Micro-scoopglaasjes gaan digitaal) kunnen die vierkante centimeter scannen op een duizelingwekkend drie-duizend Megapixelformaat. Coupescanners leveren digitale beelden, die anders dan microscoopglaasjes niet kunnen breken, kwalitatief niet achteruit gaan en kopieerbaar zijn. Maar die beelden zijn niet alleen heel gedetailleerd... ze zijn ook enorm groot.

Medische gegevens“Je kunt dat soort beelden normaliter niet met elkaar delen via het web”, stelt Stathonikos. “Hoe snel je verbinding ook is, even door een preparaat scrollen is er niet bij.” De oplossing is een digitale techniek, waarbij alleen het deel wat je wilt bekijken via het web op jouw computer belandt. De scan blijft netjes op een server staan. De tEPIS-software berekent welk deel van die scan, op welke vergroting, je computer moet tonen. Jan-Willem Boiten, program-

mamanager van het overkoepelende TraIT-consor-tium: “Vergelijk het met Google Earth. Als je dat opstart, zie je afhankelijk van je locatie je eigen land in beeld. Ga je zoomen, dan stuurt Google je gede-tailleerdere informatie. Wil je weer meer overzicht, dan krijg je weer een nieuwe uitsnede.”

Was het uitwisselen van grote bestanden vooral een technisch probleem, onderzoekers hebben ook de (anonieme) gedetailleerde beschrijving van de bijbe-horende patiënt nodig. Dat brengt risico’s met zich mee voor de privacy van de patiënt. Daarom wordt de herkomst van de scans apart van de scans zelf opge-slagen. Op die manier wordt het risico dat een hacker uit de cloud medische gegevens van meneer Pietersen kan peuteren minimaal. Stathonikos: “Wat het web op gaat, is niet tot patiënten herleidbaar. Maar we hebben, onvermijdelijk, voor een breed scala van beveiligingsissues een oplossing moeten bedenken.”

FO

TO:

PH

ILIP

S

Links: Archiveren volgens conventionele methoden gebeurt in meterslange archiefkasten. Rechts: Preparaten worden nu ingescand met een hyperprecieze beeldscanner.

“ Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor pathologen lastig.”

Traditioneel kun je alleen samen naar een preparaat kijken met behulp van een zogenoemde multikop: een microscoop met twee sets kijkvensters. Even digitaal een bestandje mailen zit er niet in: tot een paar jaar geleden bestond er geen scanner die gede-tailleerd genoeg een heel preparaat kon scannen. Een foto van een preparaat is al gauw twintig GB groot en dat zet je niet even op de mail. Bovendien: alles wat een connectie heeft met internet is gevoelig voor informatielekken, en de informatie die weefsel-coupes bevat is privacygevoelig.

3.000 Megapixel“Beveiliging en de omvang van bestanden waren onze grootste uitdagingen”, vertelt Nikolaos Stathonikos, ICT-specialist bij de pathologieafdeling van het Uni-versitair Medisch Centrum Utrecht en projectleider van het tEPIS-project. Dit project, waarin patholo-gie-afdelingen van zes universitair medische centra en Philips participeren, beoogt om datgene te doen wat tot nu toe onmogelijk was: op afstand preparaten bekijken, informatie met elkaar te delen om op die manier grootschalig pathologisch onderzoek logistiek sterk te vereenvoudigen. tEPIS, het TraIT Enhanced

tekst: René Rector beeld: Gwen Dackus

Introductie

Pathologen gaan in de cloud

Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor

pathologen lastig. Hun object van studie bestaat uit

flinterdunne plakjes weefsel onder de microscoop.

Samen kijken betekent dat je naast elkaar moet gaan

zitten. Tot voor kort. Pathologen kunnen nu in de cloud. FO

TO:

WIL

LY

VA

N B

RA

GT

TEPISTEPIS

1918

Hoe kun je een computer laten herkennen of weefsel onder de

microscoop kankercellen bevat? Onderzoekers in de “digitale

pathologie” hebben daar een oplossing voor: ze ontwikkelen

algoritmes zodat de computer weet waar hij op moet letten.

Lastig is alleen wel, dat verschillende algoritmes moeilijk te

vergelijken zijn.

Het is een irritant probleem in de pathologie: om cellen of

onderdelen daarvan in een weefselcoupe zichtbaar te maken,

kleur je ze met behulp van een kleurstof die alleen aan dat

specifieke onderdeel hecht. Maar niet elke patholoog doe die

kleuring op dezelfde manier. Voor diagnostiek is dat prima,

maar als je preparaten met elkaar wilt vergelijken, bijvoorbeeld

in grootschalig onderzoek, is het lastig: wat bij de ene patho-

loog donkerpaars kleurt, kleurt bij de andere nauwelijks roze.

Een geoefend oog kan ook wel microscoopglaasjes lezen die

op een andere manier zijn gekleurd, maar binnen de patholo-

gie wordt op grote schaal gezocht naar manieren om beelden

geautomatiseerd te interpreteren, en computers hebben

geen geoefend oog. In het biomedische beeldanalyseonder-

zoek zijn er daarom veel publicaties waarin onderzoekers

claimen dat ze een algoritme hebben ontwikkeld dat micro-

scoopbeelden toch goed weet te duiden. “Veel van dat soort

publicaties blijken, eenmaal geverifieerd door andere onder-

zoeksgroepen, sterk afhankelijk van de behandeling van het

preparaat”, stelt Jeroen van der Laak van het Radboud

Universitair Medisch Centrum. “Terwijl je juist een algemeen

bruikbaar algoritme wilt.” In de pathologie worden daarom

voor coupes van verschillende weefsels zogenoemde Grand

Challenges gehouden: een uitdaging aan deelnemers om voor

een gegeven set aan coupes een algoritme te schrijven dat

betrouwbaar en efficiënt is. Die set aan coupes is daarbij

samengesteld uit verschillende bronnen. Het klinkt als een

spelletje, maar het is uitermate nuttig: de beste algoritmes

komen zo naar boven drijven, en dat brengt het vakgebied

een stuk verder.

De groep van Van der Laak is november 2015 begonnen met

een bijzondere challenge. Doel bij deze challenge is om tot

een algoritme te komen dat op basis van lymfeklierweefsels

van borstkankerpatiënten aan pathologen kan aangeven waar

zich door kanker aangetaste cellen bevinden. Het bijzondere

aan de challenge is dat die als eerste volledig gescande micro-

scopische preparaten aanbied door alle deelnemers toegang

te geven tot de beelden die zijn opgeslagen in tEPIS.

Van der Laak: “Het kan ook zonder, natuurlijk. Maar naast logi-

stiek voordeel, hebben we nu een goede interface. Dat maakt

het schrijven van software veel eenvoudiger, ook als je niet weet

hoe pathologische beelden eruitzien. Juist voor de informatici

die je bij zo’n challenge nodig hebt, is dat echt handig.”

Pathologen gaan in de cloud

Links: Samenwerken kan nog steeds samen achter de computer. Maar met evenveel gemak zit je duizend kilometer verderop.Rechts: Meekijken volgens de conventionele methode.

FO

TO’S

: W

ILL

Y V

AN

BR

AG

T

De uitdaging zit in het juiste berekening

Als bij jonge vrouwen borstkanker geconstateerd wordt, volgt

veelal een operatie, bestraling en een aanvullende behande-

ling in de vorm van vaak een chemokuur. Maar is dat laatste

wel echt altijd zinnig? Het Young Breast Cancer Project (YBCP)

zoekt het antwoord op die vraag. “Zonder tEPIS was dit niet

te doen.”

Chemo’s die worden gegeven na het verwijderen van een

tumor in de borst, hebben nare bijwerkingen zoals osteopo-

rose en overgangsverschijnselen. “Voor jonge vrouwen zijn

die bijwerkingen extra vervelend. Zij hebben dikwijls nog een

kinderwens, en in afwezigheid van ziekte zouden zij een

levensverwachting van nog tenminste 45 jaar hebben”, stelt

Gwen Dackus van het Antoni van Leeuwenhoek ziekenhuis.

Zij coördineert een grootschalig onderzoek waarin pathologen

kijken of het ook anders kan.

“Vroeger werd twintig procent van de borstkankerpatiënten

nabehandeld met chemotherapie. In de jaren negentig is het

protocol veranderd en sindsdien wordt tachtig procent van

hen met chemo behandeld. Maar de sterfte onder patiënten

als gevolg van hun ziekte is slechts heel licht afgenom

en.” Dackus denkt dat die afname zo gering is, omdat veel

vrouwen na het verwijderen van de tumor helemaal geen

baat hebben bij een chemo. Hen zadel je onnodig op met

bijwerkingen, zo is de gedachte. “Je wilt eigenlijk chemo

op maat geven.”

Omdat de bijwerkingen zo ernstig zijn, is het het uitzoeken

waard. Dat kan niet met patiënten die nu behandeld worden:

zij krijgen vrijwel allemaal chemo, terwijl de onderzoekers juist

willen weten wat er gebeurt als een patiënt géén chemo krijgt.

Het YBCP werkt daarom met bewaard weefsel van 2.500

patiënten bij wie tussen 1989 en 2000, destijds jonger dan

veertig, borstkanker werd geconstateerd.

Van alle weefsels werden tussen de vijf en tien nieuwe prepa-

raten gemaakt: 16.000 glaasjes in totaal. “Zonder tEPIS was

dit niet te doen. Als je 16.000 glaasjes logistiek behapbaar

wilt maken, moet je dat met een heel klein team gaan

analyseren, omdat je alles moet opsturen. Dit onderzoek

komt bovenop het gewone pathologenwerk. Niemand heeft

er full time tijd voor. Dus dan duurt de analyse jaren”, vertelt

Dackus. Juist door de nieuwe digitale technologie kan groot

onderzoek nu wel. De coupes werden gedigitaliseerd en zijn

online in te zien met de tEPIS-technologie. Dackus werkt nu

samen met bijna twintig pathologen, van Italië tot regionale

ziekenhuizen, die naar vermogen de gedigitaliseerde coupes

analyseren.

VervolgbehandelingDe resultaten van de analyse verzamelt Dackus eveneens

digitaal. Als de analyse is afgerond, ontstaat inzicht in de

behoefte van patiënten aan een chemokuur. Dackus: “We

weten medisch gezien hoe het met deze vrouwen is gegaan.

Bij wie waren er uitzaaiingen of kwam het terug? Bij wie niet?

We willen weten wat het verschil, pathologisch en genetisch

gezien, is tussen die twee groepen. Zo voorkomen we veel

overbehandeling, en is de chemo voorbehouden voor die

vrouwen die er baat bij hebben.”

Zestienduizend foto’s vergelijken

Met behulp van kleuren annoteert de patholoog wat hij ziet op het scherm.

FO

TO:

GW

EN

DA

CK

US

Bioimaging- technologie voor een betere diagnostiekCYTTRON II

Veel ziekten worden veroorzaakt op moleculair niveau.

Beter zicht op elke schaal – van moleculen tot cellen tot

weefsels tot organen – is daarom essentieel voor genezing.

CYTTRON IICYTTRON II

2322

De samenwerking was een project van het Cyttron II-consortium. Dit consortium wil inzicht krijgen in de manier waarop moleculaire veranderingen doorwer-ken in het lichaam en op de gezondheid, om nieuwe diagnostiek en behandelingen te kunnen ontwikke-len. Data van verschillende beeldvormende technie-ken worden daarvoor samengebracht tot één database met een driedimensionaal totaaloverzicht van moleculair niveau, via de cel, tot het orgaan en het hele organisme. De Cel Zoomer is illustratief voor dit streven naar het “totaalplaatje”.

Mens, muis of visMaar waarom stelt Naturalis de Cel Zoomer tentoon? “Dit is de zaal ‘Onderzoek in uitvoering’. We wilden het publiek laten kennismaken met de microwereld”, verklaart Van Zeeland. “Hoe dieper je inzoomt, hoe meer alle organismen op elkaar lijken. ‘Zo ziet het er bij jou ook uit’, willen we bezoekers meegeven. Het maakt niet uit of je een mens, muis, vis of ander dier

onder de microscoop legt. De cellen zien er bijna hetzelfde uit. En door het fysiek te maken met zoomen – een principe dat ze kennen – willen we begrip kweken hoe klein het allemaal is.”

Lichtgevoelige staafjesJe kan op iedere willekeurige plek in het visje inzoo-men. Een paar blauwe stippen – hotspots – geven aan dat er iets te zien is met uitleg erbij. Van Zeeland zoomt in op de lichtgevoelige staafjes in het oog. “… in jouw ogen zitten ook zulke cellen”, zegt de vertelstem uit het scherm. De Cel Zoomer is volgens Van Zeeland ook heel geschikt voor onderwijs. “In medische en biologieleerboeken is doorgaans alles per orgaan geordend. Hier kun je anatomisch naar bijvoorbeeld het hersengebied toe en dan inzoomen. Eigenlijk zou iedere universiteit zoiets moeten hebben voor het biologieonderwijs.” In het LUMC wordt een variant op de Cel Zoomer ontwikkeld die gebruikt zou kunnen worden in de practica.

Zoom in op een volwassen zebravis.

“Raak me aan”, nodigt het scherm uit. Als je dat doet, blijven er van al die vissen één zebravisje en een embryo over. Met je handen kun je steeds dieper inzoomen op een doorsnede van het embryo. Het vult al snel het hele scherm. In zwart-wit zie je de organen, de hersenen, spieren, het oog. Je ziet zelfs een bacterie zo groot als een knikker in de darm. Ver-geleken met de bacterie is de darmcel kolossaal. Als je nog verder inzoomt, kijk je tot diep in die cellen. Je kunt de mitochondriën – de energieleveranciers – zien, de celkern met het dna, en als kleine bolletjes de ribosomen die de eiwitten in elkaar sleutelen.

Twee keer het MalieveldIn een verlicht, rond venstertje naast het scherm zijn embryo’s van zebravisjes te zien: zwarte puntjes met een glazen staartje eraan, nog geen anderhalve milli-meter lang. “Om zo diep in de cellen te kunnen kij-ken moet je zo’n embryo vijfhonderdduizend keer vergroten”, vertelt Ilse van Zeeland, inhoudsont-

wikkelaar van de tentoonstelling. “In die maximale vergroting ben je ingezoomd op een foto van acht-honderd bij vierhonderd meter, bijna twee keer zo groot als het Malieveld.”

Dertigduizend foto’sDe foto is gemaakt in het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC). Op de afdeling Elektronenmicro-scopie is het zebravisje in een beweegbare houder onder de elektronenmicroscoop gelegd. In een geautomatiseerd proces zijn er in vierenhalve dag van kop tot staart dertigduizend foto’s gemaakt, terwijl precisiemotortjes de houder met het visje miniem in twee richtingen verschoven voor iedere volgende opname. Software met een binnen het LUMC ont-wikkeld “stitching”-algoritme, plakte op basis van die onderlinge verschuivingen de beelden nauwkeurig aan elkaar tot de digitale megafoto. Het grote “touchscreen” en de zoomsoftware zijn ontwikkeld in Naturalis.

tekst: Joost van der Gevel beeld: Naturalis

Introductie

Google Earth tot in de cel: ‘Zo ziet het er bij jou ook uit’

Op de bovenste verdieping van Naturalis hangt – in gezelschap van de wolf

van Luttelgeest, stier Herman, een dodo en het skelet van de Plateosaurus –

een metersgroot televisiescherm met rustig zwemmende vissen aan de muur:

de Cel Zoomer. Wie wil weten waar het Cyttron II-consortium zich de afgelopen

jaren mee bezig heeft gehouden, krijgt daarmee een introductie in vogelvlucht.

CYTTRON II

d

c

CYTTRON II

a

b

e f hg

i j lk

2524

Google Earth tot in de cel: ‘Zo ziet het er bij jou ook uit ’

a Zwemmende zebravisjes. b Zebravisembryo. c Zebravisembryo. d Lichtgevoelige cellen in het oog.

e Hersencellen. f Kraakbeencel, het zwarte bolletje is de celkern. g Darmcellen, met vingerachtige uitstulpingen. h Een bacterie in de darm.

i Spiercellen. j Dit lijkt ook een cel, maar hier is een onderdeel van een k De kleine bolletjes zijn ribosomen. l Mitochondriën. cel zichtbaar: de celkern met DNA.

Van groot naar klein

CYTTRON IICYTTRON II Infographic

2726

“Zoomen”Idealiter zou je van organen tot moleculen willen zoomen

in het weefsel van een patiënt. Er is geen techniek die dat

kan. Wat wel kan: software waardoor

verschillende technieken met elkaar

gecombineerd worden tot een

coherente verzameling beelden.

AutomatiserenSommige taken van een patho-

loog zijn ouderwets handwerk.

Een coupemachine die de

coupes direct scant, kleurt en

een begin met de analyse maakt,

maakt het pathologenwerk een

stuk efficiënter.

Beelden combineren Niet alles wat je zou willen zien,

is in een foto te vangen.

Door tegelijkertijd een analyse

te maken met een massaspectro-

meter en de beelden te combineren,

krijgt een onderzoeker veel meer

informatie over wat hij ziet: waar

cellen bezig zijn met delen

bijvoorbeeld.


Kleiner kijkenRöntgendiffractie werpt zicht

op de atoomstructuur van

moleculen. Daarvoor moet je

ze laten kristalliseren. Maar

voor nanokristallen (kleiner dan

een duizendste millimeter) werkt

deze techniek niet. Cyttron II laat

zien dat elektronendiffractie de

structuur van nanokristallen

zichtbaar maakt.

Meer zien met minder “licht”Biologische moleculen maak je zichtbaar met een elektronen-

microscoop. Je “kijkt” met een bundel elektronen. Maar die

elektronen beschadigen dat wat je wilt zien. Een nieuwe

detector, waarmee je minder elektronen

nodig hebt om een plaatje te maken,

brengt uitkomst.

3DWeefselcoupes bekijk je normaliter

in het platte vlak. Een nieuwe scan-

techniek maakt het mogelijk ook op

weefselniveau een 3D scan te maken.

Cyttron II in vogelvluchtDe oorzaak van ziektes ligt vaak op moleculair niveau.

Kunnen inzoomen op verschillende structuren – moleculen,

celorganellen, cellen, weefsels en organen – helpt enorm

bij het stellen van een diagnose. Het probleem: zo’n

megazoomer bestaat niet. Maar beter kijken... dat kan wel.

CYTTRON IICYTTRON II Case study

2928

microscooptechnologiebedrijf FEI (Field Electron and Ion Company). Het eerste probleem kun je vrij eenvoudig oplossen met cryo-elektronenmicroscopie: maak het object koud, zodat het vastgevroren zit. Als je je sample snel genoeg afkoelt tot -196 graden Celsius, krijg je geen vervelende ijskristallen die de boel stukmaken. Het tweede probleem is lastiger: biologische structuren zijn erg fragiel. Je wilt dus met zo laag mogelijke doses elektronen toch nog voldoende informatie verzamelen.

Binnen het onderzoeksconsortium Cyttron II ontwikkelden ze daarom bij FEI in samenwerking met de Universiteit Leiden een nieuwe camera als aanvulling op de cryo-elektronenmicroscoop “Titan”. De camera, Falcon gedoopt, zorgt ervoor dat het object beter in beeld komt zonder dat er meer elektronen gebruikt hoeven worden. “Eigenlijk werkt het niet zoveel anders dan een normale camera – maar dan met elektronen in plaats van licht”, zegt De Jong. Elektronen die door het preparaat heengaan komen op een chip in de camera terecht, die verdeeld is in pixels. Normaal zorgt dat voor veel ruis; elektronen, vol energie, zijn lastig af te stoppen en raken daardoor verstrooid. Dan kan het gebeuren dat ze niet één, maar meer-dere pixels markeren. In de Falcon is dat opgelost door de chip heel dun te maken. De Jong legt uit: “Elektronen gaan erdoorheen, en laten een signaal achter dat ze er geweest zijn. Zo verspreiden ze zich minder”. Door bovendien de camera te koelen, zorg je voor nog minder ruis.

Movie-modusDat de camera een uitkomst is voor onderzoekers kan Marin van Heel, hoogleraar Data-analyse voor cryo-elektronenmicroscopie aan de Universiteit Leiden, beamen. “Door de hoge gevoeligheid van de camera heb je vier keer minder elektronen nodig om een goed beeld te krijgen. Een ander voordeel is de ‘movie-modus’: je kunt tien plaatjes van je object maken in een seconde. Door die beelden

achter elkaar te zetten krijg je een beter beeld.” Bovendien kun je hiermee “de hele soep bekijken”, zegt Van Heel. “De moleculaire machientjes in je preparaat hebben verschillende functionele toestan-den. Een enzym kan bijvoorbeeld aan een substraat zijn verbonden om een reactie te versnellen, of al zijn teruggekeerd in zijn oorspronkelijke toestand. Je wilt al die toestanden in 3D kunnen zien.”

Een directe toepassing van de techniek is ontwikkeling van medicijnen. Van Heel: “Denk maar aan een antibioticum. Je kunt heel precies zien hoe de stof iets bij een bacterie blokkeert. Zo kun je gerichter medicijnen ontwikkelen.” Met behulp van de Falcon kan ook een virus als HIV nog beter in kaart worden gebracht, om beter te begrijpen hoe het virus zich gedraagt.

Reconstructie van een actinefilament, een aaneenschakeling van eiwitten. Het cytoskelet van de cel wordt eruit opgebouwd. Het beeld is gebaseerd op gegevens verzameld door een Titan elektronen-microscoop met Falcon camera.

BE

EL

D:

JUL

IAN

VO

N D

ER

EC

KE

N/

NA

TUR

E

Elektronenmicroscoop Titan met ingebouwde camera Falcon.

Structuurbiologen houden zich graag bezig met het ontrafelen van de opbouw van eiwitten en andere ingewikkelde vormen als ribosomen of virussen. De functie van een stof heeft namelijk alles te maken met zijn vorm. Eiwitten, de werkpaarden van een cel, zijn bijvoorbeeld kunstig gevouwen op een manier die past bij hun functie. Om te begrijpen wat ze precies doen moet je goed weten hoe ze eruit-zien. Dat geldt ook voor virussen of zelfs medicijnen.

Dik aluminiumfolieMet het blote oog zijn die stoffen niet te zien. Voor een lichtmicroscoop zijn ze ook te klein. Een manier om ze te kunnen bestuderen is met röntgenstraling, maar dan moet je eerst een kristalstructuur kunnen maken van het object dat je wilt bestuderen. Dat lukt met lang niet elk materiaal. Een andere manier: de elektronenmicroscoop. Dat apparaat gebruikt elektronen om het voorwerp af te beelden. Een bun-del versnelde elektronen wordt in een vacuüm buis afgeschoten op het object. Elektronen die door het preparaat heen gaan worden sterk vergroot, zoals dia’s in een projector, en vervolgens geregistreerd en vastgelegd in een beeld met behulp van een camera.

Met een elektronenmicroscoop kun je goed een 3D-beeld krijgen van een object, wat essentieel is om de vouwing van een eiwit of de mantel van een virus in kaart te brengen.

Elektronenmicroscopen hebben het de afgelopen decennia een stuk makkelijker gemaakt voor bio- logen om onze kleinste bouwstenen te onderzoeken. De techniek gaat met sprongen vooruit: tien jaar geleden was het kleinste detail dat je ermee kon bekijken nog tien keer zo groot als nu. Tot een paar tienden nanometer kun je met een elektronenmicro-scoop zichtbaar maken; in één nanometer passen ongeveer vijf atomen. Ter vergelijking: een bacterie meet zo’n tweeduizend nanometer en aluminium- folie is tienduizend nanometer dik.

Dunne chipsEr kleven echter twee nadelen aan het gebruik van een elektronenmicroscoop voor biologische structu-ren. “Allereerst bewegen moleculen bij lichaams- of kamertemperatuur alle kanten op. Daarnaast worden objecten snel kapot geschoten door elektro-nen”, zegt Frank de Jong, directeur Partnerships van

tekst: Rineke Voogt

Maximaal inzoomen zonder risico

Wie wil inzoomen op eiwitten, DNA of andere kleine

structuren, gebruikt een elektronenmicroscoop. Daarmee

kun je veel detail waarnemen. Maar er is een probleem:

hoe meer detail, hoe meer elektronen je op je preparaat

moet afvuren – en daarvan gaan structuren juist stuk.

CYTTRON IICYTTRON II Interview

30 31

Microscoopglaasjesgaan digitaal

De hele wereld gaat digitaal. Op steeds meer plekken wordt er gewerkt

met razendsnelle computers en andere slimme apparatuur. Maar niet op

de pathologieafdeling van een ziekenhuis. De patholoog typt zijn verslag

op de computer, maar verder is zijn bureau gevuld met een microscoop

en vele microscoopglaasjes met preparaten die bekeken moeten worden.

tekst: Elles Lalieu

Het IntelliSite systeem van Philips bestaat uit een glaasjesscanner (links), een beeldbeheersysteem en software.


3332

Microscoopglaasjes gaan digitaal

glaasje zijn de celranden aangekleurd met roze en de celkernen met blauw-paars. “Met zo’n kleuring kun je zien of je te maken hebt met kanker”, vertelt hij. “Het weefsel ligt dan niet mooi geordend, maar toont een wildgroei van cellen. Gebieden die hele-maal blauw-paars lijken te kleuren, markeren het tumorweefsel.”

Op het tweede glaasje is een bruine kleuring gebruikt, die aangeeft of een patiënt ontvankelijk is voor hormoonbehandeling. Wat je aan dit voorbeeld ziet, is dat de gebieden die op het eerste glaasje blauw-paars kleurden op het tweede glaasje bruin kleuren. Dat betekent dat deze patiënt tumorcellen heeft die ontvankelijk zijn voor hormoonbehande-ling. Verhagen: “Dat is belangrijk om te weten, want dergelijke chemotherapie (bijvoorbeeld het medicijn

Herceptin) kan consequenties hebben voor het functioneren van het hart. Dus dat wil je niet zomaar geven aan een patiënt die het niet nodig heeft.”

Centraal scannenHet naast elkaar leggen en linken van beelden is iets dat met losse microscoopglaasjes niet mogelijk is. Daarnaast heeft het digitale pathologiesysteem nog een belangrijk pluspunt: het delen van beelden is heel makkelijk. “Er zijn wel microscopen waar je met twee tot tien personen tegelijkertijd naar het-zelfde preparaat kunt kijken, maar dan moet je nog steeds met z’n allen om tafel zitten”, zegt Verhagen. Binnen het LSH-FES-onderzoeksproject tEPIS is gewerkt aan een oplossing om opgeslagen beelden overal beschikbaar te maken. Het enige dat je nodig hebt, is een internetbrowser. Twijfel je over een

Screenshot van een Herceptinkleuring. Door dit plaatje naast een standaard celkleuring te leggen, kan een patholoog direct zien of de tumorcellen van een patiënt ontvankelijk zijn voor hormoonbehandeling.

Pathologie speelt een cruciale rol in het bepalen van het ziektebeeld, met name bij diagnose van kanker. Verdachte weefselmonsters worden met een micro-scoop onderzocht om te bepalen of het tumorweefsel kwaadaardig is. Aan de hand daarvan brengt de patholoog advies uit over de behandeling van de patiënt.

“De microscoop blijft natuurlijk een fantastisch apparaat, maar er zitten nadelen aan de logistiek van preparaten op glas”, vertelt Dirk Verhagen, onder-zoeker en ontwikkelaar bij Philips. “Je kunt beelden kwijt raken, bijvoorbeeld doordat glaasjes breken of doordat je het preparaat doorstuurt naar een specia-list voor een consult.” Om de opslag en het delen van pathologische beelden makkelijker te maken, ontwikkelde Philips als onderdeel van het Cyttron II-onderzoeksprogramma de IntelliSite digitale pathologie-oplossing. Het systeem bestaat uit een glaasjesscanner, een beeldbeheersysteem en soft-ware waarmee de patholoog de beelden kan delen en beoordelen.

Behoorlijke datavolumesIn het bezoekerscentrum in Best demonstreert Verhagen hoe het systeem werkt. Hij plaatst een microscoopglaasje in de scanner, doet de deur dicht en drukt op “start”. Ongeveer een minuut later is de scan klaar. De eerste scanners deden een halfuur over zo’n glaasje. Deze scanner kan driehonderd glaasjes in vijf tot acht uur verwerken. “Dat maakt dat scannen aantrekkelijk is geworden voor pathologisch onderzoek”, vindt Verhagen.

Niet alleen de duur van het scannen is flink naar beneden gebracht, ook de opslag van de beelden die eruit rollen is nu betaalbaar. “Afhankelijk van wat je precies scant, komen er databestanden uit variërend van 0,5 tot 4 of 5 gigabyte (GB). Dat zijn behoorlijke datavolumes, die je allemaal ergens moet opslaan.

Dat kan nu voor een redelijke prijs. Soms is het zelfs al goedkoper dan het opslaan van microscoopglaas-jes in een archief, zoals dat nu gebeurt”, vertelt Verhagen.

“Bladeren” door weefselImagingspecialist Jelte Vink van Philips was verant-woordelijk voor de ontwikkelingen aan het digitale pathologiesysteem. “Het apparaat was er al. Wat we de afgelopen vier jaar met name gedaan hebben, zijn updates van de software waardoor het mogelijk wordt om beelden naast elkaar te leggen of op dezelfde plek in een preparaat naar verschillende kleuringen te kijken”, legt hij uit. Verhagen kan dit direct demonstreren met beelden die eerder op de computer zijn opgeslagen. Stel; de arts heeft een stukje weefsel weggenomen bij een patiënt en wil graag weten of het een tumor is en hoe die tumor dan groeit. De patholoog maakt hele dunne plakjes van het weggenomen weefsel en prepareert die alle-maal op een eigen glaasje. Door de glaasjes één voor één te bekijken, valt iets te zeggen over de locatie van de tumor. Bijvoorbeeld of hij oppervlakkig zit of juist diep in het weefsel.

“Na het scannen van de glaasjes kun je beelden naast elkaar leggen en ook aan elkaar linken”, legt Verha-gen uit. “Virtueel kun je de verschillende plakjes dus weer op elkaar leggen en zo als het ware door het weefsel heen ‘bladeren’. Dan kun je met veel grotere precisie zeggen hoe een tumor bijvoorbeeld in de diepte groeit.”

Gevoelige tumorcellenBij het prepareren van microscoopglaasjes krijgt ieder plakje weefsel zijn eigen kleuring. En met iedere kleuring kun je verschillende dingen aanto-nen. Met de computer kun je nu heel precies twee verschillende kleuringen van hetzelfde gebied naast elkaar leggen. Verhagen laat het zien. Op het eerste

CYTTRON II Case studyCYTTRON II

34 35

Met een massaspectrometer kun je moleculen identificeren. Met een lichtmicroscoop kun je structuren in een weefsel zichtbaar maken. Koppel die twee aan elkaar en je kunt een moleculaire kaart van het weefsel maken, waarop precies is te zien waar bepaalde moleculen zich bevinden en hoe ze beïnvloed worden door ziekten.

Deze techniek heet imaging massaspectrometrie. Imaging massaspectrometrie komt van pas bij alle aandoeningen waarbij moleculaire veranderingen een rol spelen. Je kunt bijvoorbeeld kijken naar de locatie van neurotransmitters in de hersenen van muizen of naar de verdeling van bepaalde moleculen die als medicijn kunnen dienen. Er zijn ook meer diagnostische mogelijkheden, bijvoorbeeld bij kanker. Een delende kankercel ziet er op het oog hetzelfde uit als een kankercel die bijna doodgaat, maar de chemische inhoud van die twee cellen is heel anders.

“Ons systeem analyseert de chemische inhoud van weefsel met een massaspec-trometer en koppelt die ana-lyse aan microscoopbeelden van hetzelfde weefsel”, legt Liam McDonnell van het Leids Universitair Medisch Centrum uit. “Daardoor ontstaat een goed inzicht in de exacte locatie van moleculen in het weefsel.”

Binnen de scope van Cyttron II werkte McDonnell met zijn team vooral aan de automatisering van het scanproces. Het grote voordeel van de robot die ze ontwikkelden, is de snelheid. “Enkele jaren geleden moest je het materiaal van iedere patiënt handmatig in de massaspectrometer laden. Nu is de massaspectrometer uitgerust met een ‘hotel’ waar negentig monsters op hun beurt kunnen wachten. Op die manier maken we de techniek beschikbaar voor een groot aantal patiënten”, vertelt McDonnell.

En dat is belangrijk, want moleculaire veranderin-gen kunnen behulpzaam zijn bij het stellen van een diagnose of het vaststellen van een prognose voor patiënten. Door individueel naar de samenstelling van moleculen in het weefsel te kijken, kan een behandeling beter op de patiënt worden afgesteld. Daardoor wordt deze gecombineerde scantechniek een stuk eenvoudiger praktisch toe te passen.

Een moleculaire kaart van het weefsel

Doorsnede van het menslijk lichaam, gemaakt met behulp van imaging massaspectrometrie.

tekst: Elles Lalieu beeld: Imabiotech

Microscoopglaasjes gaan digitaal

preparaat, dan kun je direct een patholoog aan de andere kant van het land inschakelen. Dat is redelijk revolutionair.

Het delen van beelden maakt mogelijk dat prepare-ren van microscoopglaasjes wordt gecentraliseerd. Als alle beelden overal beschikbaar zijn, heeft immers niet iedereen zijn eigen glaasjes meer nodig. Volgens Verhagen is die centralisatie kosteneffectief; het kan tonnen of miljoenen schelen. “Het laborato-rium scant alles in en per casus kan een patholoog worden toegewezen. Binnen de pathologie heb je 15 tot 25 specialismen, maar die heb je als ziekenhuis nooit allemaal in huis. Als de beelden gelijk naar de juiste specialist gestuurd worden, krijg je scherpere diagnoses. Bij de veterinaire pathologie zie je dit al gebeuren”, vertelt hij.

Philips heeft op dit moment al veel digitale patho- logiesystemen verkocht. Ze staan onder andere in Nederland, België, Duitsland, Engeland, Oosten-rijk, de Verenigde Staten en Singapore. Ze worden gebruikt voor diagnostiek en onderzoek. “Een mooi voorbeeld van diagnostiek is Hengelo”, zegt Verhagen. “Daar is een laboratorium waar ze alles scannen, dus daar hebben ze een aantal scanners staan.” Sowieso merkt hij de laatste jaren dat de interesse voor het scannen toeneemt. “Zelfs mensen die verknocht zijn aan hun microscoop zeggen nu: ‘Het is niet de vraag óf hij gaat verdwijnen, maar wanneer’.”

Beelden sorterenMet het digitale pathologie systeem kan nu al meer dan met een microscoop, maar het apparaat moet in de toekomst nog veel slimmer worden. Onder- zoekers zijn hard bezig om honderdduizenden oude microscoopglaasjes uit archieven te digitaliseren. “We weten al wat er met die patiënten is gebeurd en daar kunnen computers van leren”, legt Verhagen uit. “Misschien is het wel zo dat het vetweefsel bij een bepaald type tumor anders groeit. De patholoog heeft daar waarschijnlijk nooit zo naar gekeken omdat hij geen voorbeelden van hetzelfde tumortype uit het archief kan halen om ze naast elkaar te onderzoeken.”

Ook kan de computer het werk van de patholoog makkelijker maken. Bijvoorbeeld bij het zoeken naar uitzaaiingen. Verhagen: “De patholoog verwijdert een stukje van een lymfeklier en maakt daar tien tot vijftig glaasjes van. Die kun je allemaal bekijken, maar één ‘hit’ is in principe voldoende om aan te tonen dat er uitzaaiingen zijn. Wat de computer kan doen, is een voorselectie maken van de beelden zodat de patholoog de meest ‘verdachte’ beelden het eerst te zien krijgt.”

De snelheid van pathologiescanners is enorm toegenomen. De eerste scanners deden een halfuur over één microscoopglaasje. Nu worden driehonderd glaasjes binnen vijf tot acht uur verwerkt.


36 37

Beeldreportage

Binnen de pathologie wordt tegenwoordig gebruik gemaakt van scanners. Meestal zijn dat scanners die een 2D-beeld van het weef-sel maken. Als je dunne plakjes bekijkt is 2D voldoende, maar bij dikkere plakjes weefsel is 3D-beeld noodzakelijk. Philips en de TU Delft werken nu aan een scanner die in één keer een 3D-plaatje van weefsel kan maken.

Nog voor de start van het onderzoeksproject Cyttron II ontwikkelde Philips een bijzondere sensor. “Met die sensor werd het mogelijk om tegelijkertijd verschillende dieptes vast te leggen”, vertelt Bas Hulsken, digitale-pathologiespecialist bij Philips. “Bestaande scanners maken een aan-tal 2D-plaatjes en stellen op basis daarvan een 3D-reconstructie samen. Deze nieuwe scanner maakt het mogelijk om in één keer dat 3D-plaatje te maken. Daardoor is het apparaat veel sneller dan de scanners die er nu zijn en dat is uiteindelijk gunstig voor patiënten die op een diagnose zitten te wachten.”

De 3D-scanner komt vooral van pas binnen de cytopathologie, diagnose op celniveau. Hulsken spreekt zelfs van een noodzakelijkheid. “Binnen de cytopathologie kijk je vaak naar vloeibare monsters, bijvoorbeeld hele cellen die zijn opge-lost in een vloeistof. Zo’n monster kan tientallen micrometers dik zijn, terwijl de plakjes die binnen de histologie gebruikt worden vaak maar vijf of zes micrometer dik zijn. Zo’n dun plakje krijg je met een 2D-scanner nog wel redelijk in focus, hoewel de 3D-scanner dan waarschijnlijk ook een betere beeldkwaliteit geeft. Maar bij die dikke plakken krijg je met de 2D-scanner maar een beperkt aantal cellen scherp.”

Op de foto: Promovendus Mojtaba Shaker (TU Delft) bij de experimentele set-up van de 3D-scanner.

Cellen in 3D

tekst: Elles Lalieu

Beeldreportage


3938

Procesverslag

Als je in Google afbeeldingen “Jaguar” intikt, krijg je plaatjes van een zwarte panter, een gevlekte katachtige, een auto, een vliegtuig en een boot. Wie afbeeldingen gaat digitaliseren, loopt tegen dat probleem aan: hoe weet een computer wat er op zijn digitale bestanden te zien is? En meer nog: wat een gebruiker erop zoekt? Fons Verbeek van het Leiden Institute of Advanced Computer Science van de Univer-siteit Leiden zocht en vond een oplossing.

tekst: René Rector

‘De mens is de uitdaging, niet de techniek’

Cyttron I

2006-2010

Het idee achter het project is dat een medisch onderzoeker meer verbanden kan leggen door beel-den op verschillend inzoomniveau en biochemische informatie aan elkaar te koppelen. Sterker nog: dat een database door slimme algoritmes de onderzoeker wijst op verbanden die hij zelf nog niet gezien had. Maar dat idee is sneller geschetst dan ingevuld: een celorganel is totaal onzicht-baar op een röntgenfoto, je ziet hooguit contouren op een lichtmicroscoop, en pas bij een fluorescentie- en confocale microscoop wordt het wat. Een elektronenmicroscoop is dan vaak alweer zo sterk vergrotend, dat je naar een onderdeel van een organel zit te kijken. En dat is niet het enige probleem. “Zwart” betekent in het ene geval iets compleet anders dan in het

andere. “Paars” hangt af van welke kleuring is gebruikt. Sommige microscopen leveren alleen zwart-witbeelden. We proberen aanvankelijk om orde te scheppen met technieken die lijken op technieken die worden gebruikt bij gezichtsherkenning op foto’s. Dat loopt alleen com-

pleet vast. Tuurlijk: als iemand met een doos vol glaasjes met coupes van darmweefsel met dezelfde kleuring aankomt, kan een computer na het derde glaasje echt wel slimme suggesties doen. Het gaat mank als je met een nieuwe doos glaasjes met een net iets andere kleuring binnenkomt.Het moet dus anders. Weg met de pixels! Taal moet het zijn.

FO

TO:

CO

LIN

BU

RN

ETT

FO

TO:

SA

C S

CO

TT L

EW

IS/

MO

D

Cellen in 3D

Naast dikke stukken weefsel kan de 3D-scanner ook een belangrijke rol spelen bij bijzondere metingen. Hulsken noemt fluorescentie als voorbeeld. Het is mogelijk om fluorescerende markers aan het genetisch materiaal (DNA of RNA) van cellen te hangen. Die markers worden bij het scannen herkend en op de afbeelding kan de patholoog het aantal markers tellen en zo dingen te weten komen over belangrijke veranderingen in het genetische materiaal van de cel. “Met een 2D-scanner kunnen die markers op elkaar liggen en zie je ze dus niet allemaal. Met een 3D-scanner heb je dat probleem niet omdat je van alle kanten kunt kijken”, vertelt Hulsken.

Binnen Cyttron II werkt Hulsken samen met Sjoerd Stallinga, imagingspecialist aan de Technische Universiteit Delft. Ze besteedden veel tijd aan het geschikt maken van de scanner voor digitale pathologie. “Normaal scant een apparaat in drie kleuren (rood, groen en blauw), omdat dat voldoende is voor een kleurweergave ten behoeve van het menselijk oog”, legt Stallinga uit. “Iedere kleur die een mens kan zien, kun je namelijk opbouwen uit de kleuren rood, groen en blauw. Het apparaat kan nu tot vijf kleuren scannen. De computer krijgt daardoor dingen zichtbaar die voor het menselijk oog onzicht-baar zijn. De bedoeling is dat die toevoeging zorgt voor extra informatie die relevant is voor de diagnose van patiënten.”

De 3D-scanner is uit de onderzoeksfase. Begin 2016 moet de eerste serie testmodellen van de band rollen. Hulsken en Stallinga willen de rest van dat jaar gebruiken om de kinder-ziektes uit het systeem te halen. Hopelijk kan het apparaat dan in 2017 echt richting pathologie-afdelingen en onderzoeklabs. Hulsken richt zich daarbij niet op specifieke aandoeningen. “We ontwerpen de scanner juist zo dat hij breed toepasbaar is”, zegt hij. “Want we willen uiteindelijk de hele pathologie digitaliseren.”

“ De computer krijgt dingen zichtbaar die voor het menselijk oog onzichtbaar zijn.”


4140

‘De mens is de uitdaging, niet de techniek’

De imagingtechniek en de onderzoeker – twee zaken die je in een handomdraai helder hebt – beperken wat er in beeld kan zijn. En daarmee ook de tijd die je nodig hebt voor annotatie.Andersom werkt het ook: als Janssen werkt aan stressrespons in zijn hersencoupes, dan geeft de database aanbevelingen over beelden die óók gaan over stressrespons. We ontdekken daardoor bijvoorbeeld dat de stressrespons bij een gist op moleculair niveau nauwelijks afwijkt van die van ons.

2014

Een doorbraak. Niet zozeer in de techniek, maar in het denken over adequate invoer. Stel, onderzoeker Janssen logt in op de database. We weten dan dat Janssen onderzoek doet naar cellen in de hersenstam, omdat Janssen dat heeft aangegeven in zijn onderzoekersprofiel. We weten ook dat Janssen een set beelden wil annoteren die afkomstig zijn van een lichtmicroscoop. Omdat hij dat eerder heeft gedaan, of omdat hij dat aan de database laat weten. Die twee kenmerken – Janssen, lichtmi-croscoop – zijn twee enorm beperkende factoren voor de set aan ontologische elementen die Janssen überhaupt kàn annote-ren. Hij ziet geen eiwitten, want die zie je niet met een lichtmicro-scoop. Hij ziet ook geen spiercel-len, want we weten dat Janssen hersenonderzoek doet.

20??

Het klinkt allemaal mooi: een computer die verbanden legt die wetenschappers zelf over het hoofd zien. Maar de menselijke kant is een nog niet helemaal geslecht bastion. Wat we nog niet overwonnen hebben, is “vakjargon”. Als een structuur-bioloog het over een “atlas” heeft, bedoelt hij iets anders dan wanneer een topograaf of een orthopeed daarover praat. We zoeken nu nog naar een manier om te voorkomen dat onderzoe-kers volgens hun eigen jargon gaan annoteren zonder dat het duidelijk wordt via welk jargon dat is. Het succes van Cyttron II wordt in dit opzicht bepaald door de eenduidigheid waarmee het annoteren gebeurt. Dus ook al rondt Cyttron II nu af, de klus is nog niet helemaal geklaard.

“ Wie gaat er nu tweehonderd foto’s een voor een annoteren?”

Cyttron II

2011-2012

Niet de beelden zelf, maar de tags die aan de beelden zijn gehangen zijn dus leidend om de samenhang tussen die beelden te duiden. Stel, je wilt in een weefsel de ribosomen nader bestuderen, dan kun je langs de term “ribosomen” helemaal inzoomen tot je op molecuulniveau naar de eiwitsynthese zit te kijken. Of uit- zoomen tot de celinhoud zo vaag is dat het niet meer in onderdelen te zien is.We bestuderen gene-ontology, een bestaande ontologie voor genetica. Al snel komen we erachter dat dat zeker bruikbaar is, maar we stuiten meteen op een netelig probleem: je moet elk beeld apart annoteren. Voor een paar beelden gaat dat nog wel, maar als je tweehonderd foto’s moet vertalen in een omvangrijke ontologie, wordt dat vervelend. Welke onderzoeker is bereid dat te doen?Ons project verschuift van een technisch probleem naar een menselijk probleem. Zoals gewoonlijk wordt dat de grootste uitdaging.

2013

We proberen een spelelement toe te voegen. Letterlijk: we bouwen het arcadespel Frogger in in de gebruikersinterface, waarbij het hoppen naar de overkant (wat altijd de bedoeling was van Frogger: spring met een kikker een rivier over via boomstammen) eenvoudiger wordt als termen waarop je moet “springen” geannoteerd zijn. Hiermee leren we de gebruiker dat annotatie nuttig en lonend is, en moedigen onderzoekers aan goed te annote-ren, door ze na afloop te belonen met een spelletje.

Uiteindelijk moet een computer toch weten wat die vage opeen-hoping paars linksboven in beeld eigenlijk voorstelt, zodat hij een onderzoeker kan wijzen op de aanwezigheid van celwoekering. We besluiten te gaan experimen-teren met ontologische beschrij-ving: een set beschrijvende termen waarbij niet alleen gedefini-eerd is wat die termen betekenen, maar ook beschreven staat hoe die betekenissen relaties hebben. Ontologische beschrijvingen bestaan al heel lang. Zo weten we bijvoorbeeld dat “bladeren” een vast onderdeel is van de ver-zameling “loofbomen”, categorie “onderdelen”. “Eik”, “iep” en “es” zijn onderdelen van die-zelfde verzameling, maar dan in de categorie “soorten”. Onto-logieën hebben clusters, verza-melingen en een hiërarchische structuur.

De volgende generatie medicijnen voor hersenziektenNEUROBASICPHARMAPHENOMICS

Het ontwikkelen van medicijnen voor hersenziekten lukte

nooit goed. Goede diermodellen en veel meer inzicht in

ziekteprocessen duwen de deur naar behandeling open.

NEUROBASIC

€

NEUROBASIC

4544

NeuroBasic startte met iets wat nog geen weten-schappelijk onderzoeker eerder had gehad: een proefdiermodel waarop je kan testen. De Zeeuw: “Nederland was de enige locatie waar je zoveel wetenschappers van zoveel verschillende disciplines dicht bij elkaar hebt. Er zitten mensen tussen met veel verstand van gedrag, van hersenen, zenuwen, het limbische systeem, van software, van techniek om in hoog tempo muizen te screenen zonder stress te veroorzaken. Elders in de wereld krijg je de exper-

tise niet voldoende bij elkaar, niet in de academische wereld en niet bij de farmaceutische industrie.”

Het was een begin. Met een zieke muis in de hand was de grote uitdaging binnen NeuroBasic om werk-zame stoffen te ontwerpen voor medicijnen. Daarna volgde de test op proefdieren, en werd duidelijk of een medicijn in de dop ook doet wat het moet doen. De volgende stap was om duidelijk te krijgen waarom het medicijn bij de muis wel of niet werkte. Soms moesten de onderzoekers terug naar de tekentafel.

De laatste stap voor de klinische tests begonnen, was misschien wel de spannendste. Want een epi-leptische muis kunnen behandelen is één ding. Of het middel ook bij mensen werkt, is altijd nog maar de vraag. “We lijken op muizen. Maar we hadden al eerder gezien dat ook al grijpt een middel in op de synthese van één bepaald eiwit en is die synthese bij de muis gelijk aan die bij de mens, er toch verschil-len zijn in wat het lichaam doet met een medicijn, of met het eiwit”, stelt De Zeeuw. Daarom blijft het

spannend tot de laatste klinische trials zijn afgerond. Maar hij acht de kans groot dat NeuroBasic niet alleen het proefdieronderzoek naar een nieuw niveau heeft getild, maar dat het ook medicijnen gaat opleveren tegen autisme, neurofibromatose1, tubereuse sclerose2, epilepsie en schizofrenie.

1 Neurofibromatose is het erfelijk onvermogen neurofibromine aan te maken, met zeer uiteenlopende kenmerken, variërend van café-au-lait-vlekken tot leerproblemen.

2 Tubereuse sclerose is meestal een mutatie, met uiteenlopende gevol-gen zoals epilepsie, autisme, een verstandelijke handicap, huidaandoe-ningen en nieraandoeningen.

Medicijn********

Behalve een onderschatte impact hebben die hersen-ziektes nog iets gemeen: er bestaat geen medicijn tegen. Maar dat gaat veranderen, als het aan het NeuroBasic consortium ligt. Het consortium ontwierp een methode waardoor je adequaat en gericht een stof kunt ontwikkelen die epileptische aanvallen onderdrukt of schizofrenie bestrijdt.Het grote probleem bij hersenziektes is dat medicijnen op geen enkele manier te testen waren. De geschiedenis telt tal van ethisch onverantwoorde experimenten waarin mensen als proefkonijn werden gebruikt. In de farmacologie is het testen op proefdieren de regel, maar omdat niemand kon ver-tellen of een muis schizofreen is of niet, laat staan schizofrenie bij muizen kon veroorzaken, was het ontwikkelen van een medicijn voor een hersenziekte een hachelijke onderneming.

“In een voorloper van NeuroBasic, hebben we een methode ontwikkeld om muizen heel specifiek dát

genetische defect te bezorgen dat bij mensen tot een hersenziekte leidt”, vertelt programmadirecteur en hoogleraar Neurowetenschappen Chris de Zeeuw. “Vervolgens hebben we heel nauwkeurig vastgelegd hoe een muis zich afwijkend gedraagt bij de ver-schillende hersenziekten. Dat is nodig. Bij ziekten als kanker of hart- en vaatziekten kun je vaak op cellulair niveau zien wat er mis is en of je genees-middel iets heeft gedaan. Bij hersenziekten moet je dat afleiden uit het gedrag van een proefdier.”

Om het muisgedrag te kunnen vastleggen was veel innovatie nodig: een methode om naar behoefte genen aan of uit te kunnen zetten, testjes die zorg-vuldig meten in hoeverre een proefdier lijdt aan de aandoening die door de genetische mutatie zou moeten zijn veroorzaakt, en een registratiesysteem dat van honderden muizen tegelijk het gedrag kan vastleggen en analyseren.

Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten

Hersenziekten scoren in de overlijdensstatistieken ver onder kanker en hart-

en vaatziekten. Daardoor wordt de impact van aandoeningen aan de hersenen

nogal eens onderschat. De invloed op kwaliteit van leven, de behandelkosten

en het ziekteverzuim als gevolg van ziektes als depressie, epilepsie, autisme

en schizofrenie is immens.

Introductie


NEUROBASICNEUROBASIC

4746

6 Als het medicijn niet het gewenste effect heeft, wordt het verfijnd, of gaat de onderzoeker terug naar de tekentafel.

8 Een werkzaam medicijn voor een muis is niet automatisch hetzelfde als voor een mens. Nu zoekt de onder-zoeker uit of het medicijn in mensen hetzelfde zou doen.

7 Nu moet bepaald waarom het medicijn goed werkt.

9 Pas dan is het tijd voor een klinische test.

10 Het medicijn is klaar.NeuroBasic in vogelvluchtHet ontwikkelen van medicijnen voor hersenziekten lukte nooit

goed, omdat hun werkzaamheid pas wordt aangetoond in het

gedrag. Daardoor was ontwikkeling een kwestie van trial and error.

1 In de zaad- en eicellen worden genetische mutaties aangebracht. Dit veroorzaakt genetische defecten.

2 De muizen worden gescreend of ze het juiste defect hebben.

4 Op basis van het genetische defect wordt een medicijn ontworpen.

3 Met behulp van gestandaardiseerde test-jes wordt gemeten welke hersenaandoening de testmuis heeft, zoals epilepsie, schizofrenie of Parkinson.

5 Het medicijn wordt toege-diend aan de muis. Daarna wordt het effect van het medicijn geanalyseerd.

Infographic


AGGTCC

OK?JA

NEE

?Epilepsie?

€Medicijn

********

René Rector

worden


4948

In de volksmond wordt schizofrenie soms aangeduid als een “gespleten persoonlijkheid”, met talloze alter ego’s. In werkelijkheid heeft de ziekte niets te maken met meervoudige persoonlijkheid, maar met een gebroken denkproces. Schizofrenie tast de manier van denken aan. Het lopen, praten, eten of slapen is niet anders, maar de patiënt heeft het fundamenteel lastiger om de wereld om zich heen te begrijpen. Kushner: “Wij zien dingen om ons heen en we snappen meteen wat belangrijk is, en wat we kunnen negeren; wat echt is en wat niet. Iemand met schizofrenie kan dat niet goed. Als ik als gezond persoon bijvoorbeeld in mijn eentje ben en zit te

dagdromen over een gesprek, dan weet ik: dat is niet echt, het is een dagdroom. Een schizofreniepatiënt kan zo’n dagdroomgesprek juist als de realiteit erva-ren. Dat maakt het leven erg ingewikkeld.”

Opgeteld bij de vervelende symptomen komt ook nog een vervelend stigma van de ziekte, zegt Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’, rinkelt er bij de omgeving al snel een alarmbel: hier klopt iets niet. We vinden het eng. Terwijl als iemand zichzelf met insuline injecteert, we meteen weten waar het om gaat en vinden we dat misschien oncomfortabel, maar normaal.”

Interview

tekst: Rineke Voogt beeld: Michel Mees

Schizofrenie behandelen begint bij begrip

Voor mensen met schizofrenie is het dagelijks

leven niet makkelijk. Medicijnen kunnen helpen

om de symptomen te onderdrukken, maar de

bijwerkingen zijn niet mild. Steven Kushner,

hoogleraar Neurobiologische psychiatrie aan het

Erasmus Medisch Centrum zoekt als onderzoeker

binnen NeuroBasic naar alternatieve behandelin-

gen, maar: “de ziekte is lastig te begrijpen en de

stap van proefdieren naar de mens is groot.”


5150

om te zien hoe de werking van hun hersencellen verschillen, en in de tweede plaats om de effecten van een stof te testen. De onderzoekers bestudeer-den de morfologie, genexpressie en elektrofysiolo-gische eigenschappen van de hersencellen. “Het is voor schizofrenie belangrijk om op neuronniveau te kijken, omdat er uiteindelijk dáár iets misgaat”, zegt Kushner. “Maar we hebben daarnaast gekeken naar de andere hersenceltypen zoals oligodendrocyten (de cellen die verantwoordelijk zijn voor de isolatie van neuronen, om ze efficiënter elektrische impul-sen te laten geleiden, red.). Het probleem kan ook op een andere plek ontstaan.” Tot nu toe lijken de tests er inderdaad op te wijzen dat vooral oligoden-trocyten (uit IPSCs) anders zijn bij schizofreniepa- tiënten, vergeleken met hun gezonde familieleden.De onderzoekers wisten met IPSCs een aantal moge-lijke werkzame stoffen te identificeren. Maar als je

weet dat een stof het gewenste effect heeft op een neuron, ben je er nog niet. Het volgende stadium is bestuderen of het middel de goede invloed heeft op het gedrag en het functioneren van het

héle individu. En daar komt de werkwijze van NeuroBasic weer om de hoek kijken. Voor het behandelen van hersenziektes is het niet mogelijk om alleen op celniveau te kijken, maar is juist het gedrag bepalend: daaraan kun je zien of de stof de gewenste uitwerking heeft. Kushner: “Voor dit soort studies ontkom je er niet aan om met proefdieren te werken.”

“ Voor dit soort studies ontkom je er niet aan om met proefdieren te werken.”


Steven Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’, vinden we het eng.”

Zo’n half tot één procent van alle volwassenen heeft schizofrenie. Dat percentage is in elke bevol-kingsgroep gelijk. De ziekte openbaart zich vanaf het twintigste levensjaar en is chronisch: schizofrenie is ongeneeslijk. Er zijn medicijnen, en vol-gens Kushner maken die het verschil tussen dag en nacht. “Voordat er medicatie was, moest een patiënt eigenlijk continu in een psychiatrisch ziekenhuis verblijven, maar dat is gelukkig niet meer nodig. Toch is het voor patiënten lastig om al hun mogelijkheden te benutten en een gelukkig, productief leven te leiden. Medicatie is niet niks.”

Antipsychotica – de medicijnentypen die de meeste patiënten slikken – resulteren in een ver-moeidheid die nooit verdwijnt en in afgestompte emoties. Patiënten worden niet meer heel verdrie-tig, maar ook niet uitzinnig blij. Sommige mensen kunnen beter met die bijwerkingen omgaan dan anderen, maar vergelijkbaar met een leven zonder schizofrenie is het nooit. Op de lange termijn lei-den de medicijnen ook tot abnormale bewegingen, vergelijkbaar met der ziekte van Parkinson. Dat komt doordat de receptoren waar de medicijnen op aangrijpen ook belangrijk zijn voor beweging.

De ruimte voor verbetering zit dus vooral in het verminderen van de bijwerkingen. “Je zal zelden een patiënt horen klagen: ik wou dat mijn medi-cijn beter werkte. Het zijn altijd de bijwerkingen, die soms zo naar zijn dat iemand liever helemaal geen medicijnen neemt”, zegt Kushner.

Binnen NeuroBasic zijn de onderzoekers op zoek gegaan naar manieren om medicijnen te verbete-ren. Dat deden ze in verschillende stappen. Allereerst moet je een ziekte beter begrijpen. Schizofrenie wordt, net als de overgrote meerder-heid van ziektes, veroorzaakt door een combinatie van genen en wat onderzoekers “levenservaring” noemen: voeding, leefstijl, ongelukken, omge-ving, et cetera. Maar in welke verhouding genen en levenservaring bepalend zijn, is nog niet bekend. “Daarom zijn we gestart met de Gezin-studie (Gezin komt van GEnetische Zoek-tocht In Neuropsychiatrische Stoornissen), een onderzoek bij families bij wie schizofrenie voor-komt”, zegt Kushner. “Bij hen is de genetische component sterk aanwezig, en zo konden we de genen identificeren die bij schizofrenie horen.” Zodra die genen bekend waren, maakte dat het makkelijker om een ziekte te bestuderen bij proef-dieren. In de zoektocht naar betere medicijnen moest de werking van verschillende stoffen getest worden. Dat kan met proefdieren, maar gelukkig ben je als onderzoeker sinds een paar jaar niet meer uitsluitend daarop aangewezen. Ook van induced pluripotent stem cells (IPSCs), volwassen huid- of bloedcellen die herprogrammeerd zijn tot stamcel, kunnen hersencellen zoals neuronen worden gekweekt. Die actieve levende hersencel-len gedragen zich op dezelfde manier als hersen-cellen uit het lichaam.

Van de deelnemers aan de Gezin-studie kon dus een klein beetje huidweefsel worden afgenomen om met IPSCs hersencellen te kweken – in de eerste plaats

“ Het zijn altijd de bijwerkingen waar patiënten over klagen.”

NEUROBASIC Case studyNEUROBASIC

52 53

tekst: Joost van der Gevel beeld: Ruud Toonen

De baby op het filmpje ligt op zijn rug en maakt plots samentrekkende, spastische bewegingen. Dan ligt hij weer even stil en schokt opnieuw. Op een EEG (hersenfilmpje) zie je dit terug. Het is even rustig, en ineens piekt er activiteit. Het zijn epileptische aanvallen. Het kind heeft Ohtahara-syndroom, een vorm van epilepsie die gepaard gaat met zware mentale retardatie. Kinderen met dit syndroom komen hiervoor vaak al tijdens hun eerste levens- maanden naar het ziekenhuis. De Japanner Ohtahara vond in 2008 de oorzaak: spontane mutaties in het eiwit MUNC18.

SignaaloverdrachtDoor die mutaties gaat er in de hersenen van deze kinderen iets mis in de signaaloverdracht tussen de zenuwcellen. Het MUNC18-eiwit heeft daarin een cruciale functie. Het zorgt ervoor dat blaasjes gevuld met signaalstoffen, die stoffen in de uiteinden van

de zenuwcellen op het juiste moment en in de juiste hoeveelheid afgeven. Waarna de volgende zenuwcel ze opneemt. Zo “praten” de zenuwcellen met elkaar. Door foutjes in het eiwit raakt dit proces ontregeld. Dat wordt zichtbaar als epileptische aanvallen en leidt tot mentale retardatie.

MUNC18 is niet het enige eiwit dat betrokken is bij de signaaloverdracht in de hersenen. Van een aantal eiwitten was al bekend dat mankementen leiden tot hersenziekten zoals schizofrenie, Alzheimer, ADHD en epilepsie. Neurobioloog Ruud Toonen uit de groep van Matthijs Verhage richt zijn speurtocht specifiek op MUNC18. Hij onderzoekt hoe fouten in dat eiwit de signaaloverdracht verstoren, en hoe dat samenhangt met Ohtahara-syndroom. “Dit eiwit is onmisbaar voor de signaaloverdracht in het brein”, benadrukt hij, “er is geen menselijk of dierlijk leven mogelijk als dit in het genoom ontbreekt.” Zonder MUNC18

Stills uit een filmpje van een 'springende' muis met epilepsie.

Muizen met epilepsieBinnen het NeuroBasic-consortium maakt de groep van Matthijs Verhage

muismodellen voor epilepsie door een eiwit uit te schakelen dat betrokken is

bij de signaaloverdracht tussen de zenuwcellen in de hersenen, de neurale

communicatie. Een zoektocht naar gerichte geneesmiddelen voor hersenziektes.

Met hulp van een muis met epilepsie.


In een voorloperproject van NeuroBasic slaagden onderzoekers erin om muizen genetisch zó aan te passen dat ze menselijke ziekten hebben. De eerste stap is dan: controleer of de muizen ook daadwer-

kelijk de bijbehorende symptomen vertonen. Voor schizofrenie is dat lastig. Kushner: “Het is nog onbekend of muizen écht schizofreen kunnen worden. Bij mensen wordt de diagnose aan de hand van een gesprek gesteld, gebaseerd op iemands gedachten en ervaringen – wat bij een muis natuurlijk niet mogelijk is.” Toch lukt het onderzoekers om met behulp van genetische en farmacologische manipulaties het risico voor schizofrenie te verhogen en de symptomen ervan te veroorzaken bij de muizen. Zo kunnen ze de neurobiologische mechanismen die bij schizofrenie veranderingen in het brein teweegbrengen onderzoeken. “Het lukt goed om de neurofysiolo-gische veranderingen in het brein en de cognitieve en sociale stoornissen van mensen met schizofrenie bij een muis na te bootsen”, zegt Kushner.

Vervolgens kunnen er stoffen getest worden bij de muizen, om te zien wat de stoffen doen met hun

gedrag, motoriek en cognitieve functies. Om het effect van een stof op de hersenfuncties van een schizofrene muis te beoordelen, kun je de muis bijvoorbeeld een taak laten doen waarbij geheugen en cognitieve flexibiliteit nodig zijn (zie ook Inge-nieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelij-ker). Als een muis moeite heeft om een routine die hij geleerd heeft te veranderen, dan duidt dat op een symptoom van schizofrenie: inflexibiliteit.

Lijkt die stof te werken, en gaat het gedrag van de dieren vooruit, dan is dat nog steeds geen reden voor een feestje. Uiteindelijk moet het medicijn ook bij mensen werken. Die stap van muis naar mens is groot. “Een proefdier is geen persoon, het is de next best option: een model.” Voordat een middel dat moet ingrijpen op de slecht functione-rende neurologische circuits aan een patiënt kan worden gegeven, moet dus goed duidelijk zijn of de fysiologische eigenschappen waarop de stof inwerkt hetzelfde zijn bij mens en muis. Zelfs dan is succes niet verzekerd. Een klinische studie aan het eind van het traject kan pas echt uitsluitsel geven.

Voor schizofrenie lopen op dit moment meerdere klinische studies, die zich allemaal richten op het verbeteren en aanvullen van antipsychotica. Over de resultaten is nog niets bekend, maar Kushner heeft positieve verwachtingen: “We hebben met NeuroBasic al zoveel vooruitgang geboekt voor de behandeling van erfelijke neurologische aandoe-ningen – vooral voor ziektes waarvan we vanaf het begin al meer wisten. Nu hebben we ook voor schizofrenie veel meer kennis opgebouwd, die op termijn veel betere medicijnen kan opleveren.”

“ Een proefdier is geen persoon, het is de next best option.”


–/–

–/–

+/+

+/++/–

54 55

Muizen met epilepsie

Zenuwcel met in rood de dendrieten en in groen de synapsen, de contactpunten.

één niet-functioneel MUNC18. Die gemuteerde embryonale stamcellen plaatsen we terug in zo’n vroeg embryo. Ze delen dan verder mee als dat uitgroeit tot een muis.”

Zwart-wit-mozaïekEen deel van de stamcellen is dus gemanipuleerd, maar niet allemaal. Om ze verderop in het wordings-proces van de muis te kunnen lokaliseren, nemen de onderzoekers de stamcellen die ze manipuleren van witte muizen en injecteren ze de gemuteerde cellen in een vroeg embryo van een zwarte muis. Van de jongen die daaruit worden geboren, hebben de meeste een zwarte vacht, maar er zijn er ook die voor een deel uit zwarte en voor een deel uit witte cellen bestaan: zij worden een mozaïekmuis. “Van deze muis zullen sommige van de ei- en zaadcellen ook de mutatie hebben en sommige niet”, legt Toonen uit. “Als je deze muis gaat kruisen en uit een van de zaadcellen met de mutatie wordt een jong geboren, dan is dat volledig wit. Dat krijgt de witte vacht mee van zijn vader. Dat jong heeft de mutatie in alle cellen op één chromosoom, afkomstig van de vader. Het van de moeder afkomstige chromosoom is normaal. De vachtkleur moet van de embryonale stamcel met de mutatie komen en die gebruik je dan als verklikker.” Dit is het muismodel voor Ohtahara-syndroom.

VertaalslagDe muizen leven in kooien met bovenop een camera waarmee de onderzoekers het gedrag van de muis kunnen analyseren. Ze kunnen op afstand de onder-zoekssetting veranderen en de muizen taakjes laten uitvoeren zonder ze te storen. “We hebben een test-batterij waarin we heel veel muizen tegelijkertijd kunnen observeren. We proberen zo de vertaalslag te maken van de mutaties in het genoom naar het gedrag”, legt Toonen uit en hij laat een filmpje zien van muizen met een mutatie in MUNC18, het proef-diermodel voor het Ohtahara-syndroom. Links in beeld loopt een muis rustig in zijn kooi en ineens

springt hij op vier poten tegelijk omhoog. De muis in de kooi ernaast ligt te slapen en lijkt plots vreemd te rillen. En even later weer. Het zijn ongecontro-leerde bewegingen. De muizen hebben op epilepsie lijkende aanvallen. “Wat we zien aan ‘gedrag’ is dus dat springen en trillen. Maar het is lastig om met zekerheid te zeggen dat dat epilepsie is. Want epilepsie wordt eigenlijk gedefinieerd met EEG’s, hersenfilmpjes, bij mensen.” Een gespecialiseerd laboratorium in Duitsland gaat binnenkort EEG’s maken bij de muizen. Dan wordt zichtbaar of ze “echte” epileptische aanvallen hebben.

MedicijnDe volgende stap in het onderzoek is de zoektocht naar stoffen die de verstoorde signaaloverdracht kunnen herstellen. Een molecuul dat de mutatie in MUNC18 compenseert, is in potentie een medicijn. Andere onderzoeksgroepen binnen NeuroBasic en de farmaceutische industrie ontwerpen dit soort stoffen. Toonen: “Dat begint met een bibliotheek van wel honderdduizend moleculen. Die verzame-ling wordt teruggebracht tot zo’n vijftig kandidaten die we dan op zenuwcellen in een schaaltje testen om te zien hoe goed ze de neurale signaaloverdracht beïnvloeden. Als daar uitkomt dat ze die verbeteren, dan zou je de vijf meest veelbelovende kunnen tes-ten in zo’n muismodel. Maar, dat doe je pas op het allerlaatst. Dat is eigenlijk net voordat ze op mensen worden getest.”

Mutante MUNC18 muizen een dag voor ze geboren zouden worden. Een hersendood jong met twee gemuteerde MUNC18 genen (-/-), een normaal jong met twee gezonde MUNC18 genen (+/+) en een muis met epilepsie, met een gezond en een gemuteerd MUNC18 (+/-). De middelste en de rechter lijken sterk op elkaar, maar de linker ziet er een beetje anders uit: die kan niet bewegen en is hersendood. Als je een elektrode in het brein brengt, zie je dat er zonder het eiwit helemaal geen signaaloverdracht is. Dat is het bewijs dat als je het eiwit MUNC18 weghaalt, de zenuwcellen geen signalen meer kunnen overdragen.

kunnen de zenuwcellen niet met elkaar communi-ceren. En zit er een weeffout in, dan raakt de balans in de signaaloverdracht verstoord.

Slimme medicatieJe zou dus een medicijn willen ontwikkelen dat heel precies aangrijpt op die verstoring van de communicatie tussen de zenuwcellen, en de “verbinding” weer herstelt. Een middel dat de fout in het eiwit kan repareren of compenseren. Toonen: “Maar daar-voor moeten wij eerst begrijpen hoe de mutatie de hersencommunicatie precies verstoort. Waarom de patiënt ziek wordt. Zodra we dat weten, kunnen we heel gericht medicijnen ontwikkelen die de functie van dat eiwit veranderen of verbeteren. Medicatie die ‘slimmer’ is dan de bestaande medicatie, of beter werkt.”

Voor de ontwikkeling van zo’n geneesmiddel is een model nodig waarin je het defect kan bestuderen, en om in een latere fase zo’n medicijn op te testen. Voor die speurtocht naar adequate medicijnen ont-wikkelde NeuroBasic een methode om proefdieren exact dezelfde genetische defecten te geven als de

defecten die aan de ziekte van Alzheimer, schizofrenie en andere hersenziektes ten grondslag liggen. In de VS bij Thomas Südhof – die in 2013 de Nobel-prijs kreeg voor zijn onderzoek naar de signaalover-dracht in hersenen – maakte Matthijs Verhage zo’n model voor het Ohtahara-syndroom. Een muismodel met een mutatie in het eiwit MUNC18: een muis met epilepsie.

Nonsens-genZo’n muismodel maak je met stamcellen die je uit een heel vroeg embryo haalt. Die stamcellen heb-ben zich dan nog niet vaak gedeeld en kunnen nog uitgroeien tot het hele dier. “Met DNA-technologie wordt het MUNC18-gen kapotgemaakt of vervan-gen door een nonsens-gen”, vertelt Toonen. Met die techniek maak je een klein stukje van een gen na en je plakt er een ander stukje tussen dat de plaats inneemt van het oorspronkelijk stukje DNA. Als de cellen delen wordt dat nonsensgedeelte mee gekopieerd. “Dat doen we op één chromo-soom, één van de twee delen van het gen – je hebt er van allebei je ouders een. Je krijgt dan embryonale stamcellen met één functioneel en


56 57

Beeldreportage

Het onderzoek van het NeuroBasic consortium heeft meerdere spin-offs opgeleverd. Verschil-lende bedrijven specialiseren zich in het ontwikkelen van hardware en software om beter hersenonderzoek uit te kunnen voeren – bij proefdieren, en zelfs ook bij mensen.

37 sportenEen looptestje om breinfuncties te testen: dat is het idee van de Erasmusladder. De muizen- catwalk is ontwikkeld door Neurasmus, het neuro-wetenschappelijk bedrijf van de Erasmus Uni-versiteit. Omdat de genen van muizen aangepast kunnen worden om hersenziektes na te bootsen, zijn tests nodig die de effecten van die aandoenin-gen en van medicijnen te kunnen meten. Dat kan met dit apparaat: een horizontale ladder met 37 sporten aan elke kant, tussen twee kooitjes. Elke trede kan op commando veranderen van hoogte. Muizen worden getraind om met constante snel-heid van de ene kooi naar de andere te lopen, en het apparaat meet met druksensoren de snelheid, misstappen en sprongetjes. “Op die manier kun je niet alleen goed het loopgedrag van een muis bestuderen, maar ook hoe een muis een nieuw looppatroon aanleert”, zegt Chris de Zeeuw, hoogleraar Neurowetenschappen aan het Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam. Veran-dert de positie van de traptreden waardoor er een obstakel verschijnt, dan moet de muis zijn pootjes anders plaatsen om dat obstakel te omzeilen.

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

tekst: Rineke Voogt beeld: Noldus


58 59

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

beeld: Sylics

350 keer proberenDeze muis kan kiezen uit drie poortjes om door-heen te klimmen. Kiest hij de goede, bij de groene pijl, dan krijgt hij een snoepje. Kiest hij de verkeer-de, dan gebeurt er niets. Simpel genoeg, zo lijkt het. Maar hij krijgt het lekkere hapje pas na elke vijfde keer door het juiste poortje kruipen. Het duurt bij een gewone muis een uur of twee voor hij leert welk gat hij moet kiezen. En dat maakt dit een geschikte taak om bijvoorbeeld Alzheimer mee te bestuderen, vertelt Maarten Loos van bio-informaticabedrijf Sylics, dat deze CognitionWall ontwikkelde. “Muizen die net als Alzheimer- patiënten breinschade ontwikkelen, functioneren cognitief minder goed en doen significant langer over deze taak. Ze moeten tot wel 350 keer probe-ren voor ze het doorhebben. Geef je zo’n muis een stof die de ziekte van Alzheimer tegen moet gaan, dan kun je dus kijken of die effectief genoeg is om het leren en geheugen te bespoedigen.” Ook om schizofrenie te testen kan de test een handig hulp-middel zijn: verander je na een poosje de juiste ingang, dan moet de muis cognitief flexibel genoeg zijn om dat in de gaten te hebben. Schizofrene dieren vinden dat erg moeilijk. Binnen NeuroNasic is deze techniek al voor verschillende stoffen gebruikt. Een voordeel van deze techniek is dat de muizen niet opgetild hoeven te worden, zoals bij veel andere testen. Loos: “Muizen houden daar niet van. Hierbij zitten ze lekker in hun eigen kooitje terwijl ze een taak uitvoeren.”


D

2.9588 cm

60 61

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

beeld: Sylics

Zeeën van tijdAan dit rijtje muizenkooien is niets bijzonders te zien. Toch zijn het ingenieuze apparaten: muis aan muis kan in de gaten worden gehouden, zonder dat daar een onderzoeker aan te pas hoeft te komen. In het deksel zit een camera, die minutieus iedere beweging van de dieren volgt en doorstuurt naar een computer. Die analyseert de videobeelden en dat levert de onderzoeker een overzicht op van de urenlange omzwervingen van zijn proefdieren. In verschillende kleuren kan hij zien waar de muis lang heeft stilgestaan, welke hoek van zijn kooi hij het fijnst vindt of welke route hij prefereert. Voor veel proefdieronderzoek is het handig om dat soort bewegingen te bestuderen, bijvoorbeeld als je de dieren een taak als de CognitionWall of angsttest laat doen. Je wilt immers weten hoe snel een muis iets leert. Maar het kost zeeën van tijd om dat met de hand te doen. Vandaar de door informatietech-nologiebedrijf Noldus ontwikkelde PhenoTyper, een kooi met bijbehorende software. Tientallen muizen kunnen in hun eigen kooitje naast elkaar hun gang gaan, en worden allemaal door een automatisch oog gadegeslagen. “Dat de PhenoTyper volautoma-tisch werkt en voor allerlei testen is te configure-ren maakt hem zo gewild onder wetenschappers”, zegt algemeen directeur Lucas Noldus. “Het is ook een commercieel succes: er zijn al meer dan duizend geïnstrumenteerde kooien met video-trackingsoftware verkocht.”

Voedings-plaats

Korte pauzeLange pauzeKleine bewegingGrote beweging

Schuilplaats

Drink-plaats


6362

Waarom is gekozen voor een muis als proefdier?De Zeeuw: “We hebben voor 97 procent dezelfde genen als een muis. Dat betekent dat heel veel gene-tische defecten, die ervoor zorgen dat een bepaald eiwit niet of verkeerd wordt aangemaakt, bij een muis identieke problemen veroorzaakt. Bovendien kan een muis gemakkelijk genetisch gemanipuleerd worden, is een muis eenvoudig te houden, plant hij zich snel en makkelijk voort en is goedkoop – wat het altijd al tot een geschikt proefdier maakte.”

Toch zijn er ook cases bekend van medicijnen die op de muis goed werkte, maar in de klinische trials teleurstelden.De Zeeuw: “Dat komt voor. We hebben het binnen NeuroBasic ook gezien. In de praktijk blijkt dan dat een proces genetisch dezelfde oorsprong heeft bij muis en mens, maar dat de mate waarin de genen tot expressie komen bij een mens toch anders is. Daarom is het ook zo belangrijk dat je goed blijft opletten zodra je de vertaalslag naar de mens gaat maken: het is geen automatisme dat het daar net zo werkt. Soms word je gedeeltelijk teleurgesteld. Het blijft echter ook interessant om te kijken wat er nu juist wel en wat juist niet vergelijkbaar is.”Kushner: “Een proefdier is geen persoon: de muis is expliciet een model, niet de daadwerkelijke patiënt. Dat maakt het moeilijk. We moeten goed uitzoeken welke delen van de fysiologie vergelijkbaar of juist compleet anders zijn.”

Je zou ook kunnen kiezen voor een ander proefdier.Kushner: “Het kan soms voordelig zijn om te kiezen voor bijvoorbeeld de zebravis of een fruitvlieg. Maar voor ons type hersenonderzoek blijft het essentieel dat het modelbrein lijkt op dat van een mens. Het brein moet zo ontwikkeld mogelijk zijn, maar het dier moet zo min mogelijk lijden. Een potentieel diermodel als een primaat komt dan te dichtbij: hun emoties lijken te veel op die van ons.”

De Zeeuw: “Er is geen beter model. Welk dier je ook kiest, de stap waarbij je van proefdier naar mens gaat blijft cruciaal. En juist omdat we wel veel lijken op andere zoogdieren, maar er wel degelijk verschillen zijn, wordt iets wat veelbelovend leek toch geen succes of slechts een gedeeltelijk succes.”

Het argument dat proefdieren soms helemaal niet zo’n goed model blijken, wordt door lobbyisten ook aangevoerd om dan maar helemaal van proef-dieren af te stappen. Wat vindt u?De Zeeuw: “Ik heb wel sympathie voor de moraal die voorschrijft dat elk proefdier er één te veel is. Ik vind dat je proefdieren alleen maar mag opofferen als er een reële kans is op nieuwe kennis. Toen ik als jonge onderzoeker mijn eerste rat moest doodmaken, heb ik overwogen een carrièreswitch te maken. Maar de realiteit is nu eenmaal dat we geen alternatief hebben. Er zijn geen proefdieren in het rijkdom der zoogdieren die geschikter zijn voor genetische manipulatie dan een muis, en helemaal zonder proefdieren kan je eigenlijk alleen in sommige gevallen, door op gekweekt weefsel te testen, en dan nog moet dat weefsel ergens vandaan komen. Waar dat kan, gebeurt dat ook. Maar je kunt aan weefsel niet zien of het depressief is, of epileptisch. Je kunt dat alleen maar aan het gedrag van een levend organisme zien.”Kushner: “Het komt er uiteindelijk op neer dat geen enkele patiënt medicijnen zou willen testen die hem kunnen schaden. Als je proefdieren volledig buiten beschouwing laat, neem je dus een enorm risico. Niet alles kun je testen op computermodellen of gekweekte cellen. Maar het is echt niet zo dat wetenschappers dolgraag met proefdieren werken. Hopelijk hebben we ze op een dag niet meer nodig. Als er een net zo goed alternatief was, al kwam het zelfs maar in de buurt van net zo goed: ik zou het morgen overnemen, en velen met mij.”

tekst: René Rector en Rineke Voogtbeeld: René den Engelsman

Het principe achter NeuroBasic is om geneesmiddelen op een zinnige manier

te testen op proefdieren, waarbij de ziekte die ze moeten genezen vooral tot

uiting komt in hun gedrag. Een muis blijft echter een proefdier van dertig gram

en lange snorharen. Is een muis wel zo geschikt om menselijke aandoeningen

aan te meten? Aan het woord Chris de Zeeuw, programmadirecteur NeuroBasic

en Steven Kushner, Transworkpackageleader Schizofrenie.

‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’

Discussie

Virusinfecties: beter begrepen, beter bestredenVIRGO

Virgo heeft als doel virale infecties te voorkomen door het ontwerpen

van nieuwe of verbeterde vaccins, en om behandeling te verbeteren

met nieuwe diagnostische methoden en interventies.

VIRGOVIRGO

6766

longen aanricht.” Meer kennis over de gastheer- respons en de regulatie daarvan is dus nodig om op een rationele manier goede vaccins te ontwikkelen.

WegpestenDie kennis verzamelt Virgo met nieuwe technieken. Door minutieus alle stapjes te bestuderen van de virus-gastheer-interactie, kom je erachter op welke plekken je het virus kunt aanpakken. Wanneer een virus een gastheer binnenkomt, gaat het immuunsysteem in de weer – een kwart van onze ruim twin-tigduizend genen hebben een rol in de afweer. T-helpercellen zetten bijvoorbeeld andere immuun-cellen aan het werk: B-cellen worden aangespoord tot het maken van afweerstoffen, en cytotoxische T-cellen tot het doden van de virus-geïnfecteerde cellen. Op DNA-niveau gebeurt er van alles in deze cellen; genen worden aan- en uitgeschakeld om een infectie op te ruimen, die genen worden overgeschre-ven in boodschapper-RNA. Ook de eiwitsynthese

en verdere biochemische tussen- en eindproducten veranderen onder de invloed van een virusinfectie.

Het Virgo-onderzoek richtte zich op al die niveaus. Dat heeft geleid tot verscheidene biomarkers, indi- catoren die helpen bij de diagnose, behandeling en prognose van een infectie. Als je aan de hand van zo’n biomarker bijvoorbeeld kunt zien dat iemand extra gevoelig is voor een bepaalde virusinfectie, dan kun je voorspellen dat de infectie ernstig zal zijn en kun je de patiënt gerichter behandelen. De technologie helpt ook om meer nieuwe virussen te ontdekken, zoals gebeurd bij het MERS-virus. De strategie is dan om zoveel mogelijk gegevens te verzamelen van een onbekende infectie zodat je kunt zien waar het op lijkt en hoe je het moet behan-delen. Tot slot kan deze aanpak nieuwe of verbeterde vaccins opleveren, omdat de respons van een gastheer op een vaccin beter gemeten kan worden.

“Natuurlijk: alle virusinfecties voorkomen kan nooit”, zegt Andeweg. Er verschijnen telkens nieuwe virussen in de populatie. Sommige virussen die bijna waren uitgeroeid, zoals mazelen en polio, blijken toch weer de kop op te steken, bijvoorbeeld door een lage vaccinatie-graad in crisisgebieden. “Het wegpesten is nog niet voorbij. Het blijft een kat-en-muisspel.”

Virgo richt zich op vier groepen virusinfecties, die

samen de meest voorkomende virussen omvatten.

De eerste groep is de acute respiratoire virale

infecties, luchtweginfecties waaronder influenza,

SARS, MERS en RSV. Diarree-veroorzakende virussen

(acute enterale virale infecties), zoals het Norovirus,

vormen de tweede groep. Onder de derde groep

vallen chronische leverinfecties hepatitis B en C,

en de vierde groep is HIV.

Deze “haarbal” is een voorstelling van het netwerk van genen waarvan bekend is dat het betrokken is bij het immuunsysteem. Een lijn staat daarbij voor “een relatie”, terwijl een stip een gen representeert.

“Virussen zijn slim”, stelt Virgo-coördinator Ab Osterhaus. Hoewel ze zichzelf niet kunnen voort- planten, zijn hun genenpakketjes genoeg om zich door een gastheer te laten vermeerderen en vanuit daar verder te verspreiden. Doordat ze snel muteren, kunnen virussen gemakkelijk van niches profiteren. Dat maakt virusbestrijding moeilijk.

De veranderende wereld heeft het voor virussen juist gemakkelijker gemaakt. Osterhaus: “Toen ik afstu-deerde, was het pokkenvirus net uitgeroeid. ‘Zo zul-len we alle virussen binnenkort wel onder controle krijgen’, was toen de gedachte. Maar dat viel enorm tegen. Je ziet juist een toenemende berg infecties, die bijna allemaal bij de dierenwereld vandaan komen.” Virussen springen dan over van een dierlijke gastheer op mensen, soms met grote gevolgen. In een kleine geïsoleerde mensenpopulatie kan een virus zich veel minder goed op de been houden, omdat er simpelweg te weinig gastheren zijn om te kunnen

overleven. Osterhaus: “De intensieve veeteelt en de global village maken dat virussen zich sneller dan ooit verspreiden.”

Te sterke reactieOm het probleem van virusverspreiding aan te pakken, richt Virgo zich op verschillende antivirale strategieën. “Het mooiste is natuurlijk het maken van een vaccin, dat preventief werkt”, zegt co- coördinator Arno Andeweg. In het verleden is er veel succes geboekt met vaccins van opgekweekte verzwakte of dode virussen, die eenmaal bij de mens toegediend een immuunrespons in gang zetten die het individu beschermt tegen het echte virus. “Veel van die vaccins zijn ontdekt door trial and error, maar dat werkt helaas niet voor alle virussenVoor RSV, een virus dat luchtweginfecties veroorzaakt virus bij jonge kinderen, zorgde zo’n vaccin echter juist voor een te sterke respons, waardoor het lichaam zelf extra schade aan de

tekst: Rineke Voogt beeld: Parkers

Introductie

Volg de immuunrespons in stapjes

Een virus de wereld uit helpen is zo makkelijk nog niet. Waar virussen vroeger

geïsoleerd waren binnen kleine gastheerpopulaties, maakt onze levensstijl het

ze nu veel gemakkelijker om de hele wereldbevolking te bereiken. Vaccins

helpen niet altijd. Onderzoeksconsortium Virgo zoekt naar een betere aanpak

van virussen: weet je hoe ze precies werken in het lichaam, dan kun je infecties

beter behandelen of zelfs voorkomen.

VIRGOVIRGO

68 69

GenexpressieVergelijk bij verschillende infecties de genexpressie bij besmette mensen en bij virus-vrije mensen. Daar waar verschillen in activiteit wordt waargenomen, bevinden zich genen die betrokken zijn bij het immuunsysteem.

EiwitinteractiesBestudeer databases van gemeten interacties tussen menselijke eiwitten en viruseiwitten. Grote kans dat die menselijke eiwitten (en dus de bijbehorende genen) betrokken zijn bij het immuunsysteem.

GenoomregulatieSommige eiwitten zetten cellen aan tot het aflezen van DNA. Van een flink aantal van zulke “transcriptiefactoren” is bekend dat ze een rol spelen in het immuunsysteem. Kijk vervolgens op welk stuk DNA ze ‘passen’, en dan weet je ook welk gen ze aanzetten.

Genoomevolutie Omdat virus-gastheer- interactie voor zowel het

virus als de gastheer een kwestie is van “de ander een stap voorblijven”, evolueren genen die een rol spelen bij het immuunsysteem sneller dan andere. Vergelijk genetisch materiaal van mensen met dat van mensapen en andere organismen, en speur naar de grootste verschillen.

Genetische dataVergelijk genetisch

materiaal binnen de menselijke populatie. Immuun- systeem-gerelateerde genen vertonen meer variatie dan andere genen, omdat de blootstelling aan virussen in verschillende werelddelen varieert.

Nieuwe kennis over de immuunrespons

tegen virussen

Nieuwgeïdentificeerde

genen

Genen die een rol spelen in het immuunsysteem

Genfuncties ontdekken door datacombinatiesDatasets combineren en analyseren levert nieuwe kennis op. Maar waar haal je ze vandaan?

tekst: René Rector beeld: Robin van der Lee

Infographic

Model immuunsysteem beter door slim combineren data

Of je ziek wordt van een virus, hangt mede af van hoe goed je immuunsysteem het

kan bestrijden. Maar van dat bestrijdingsmechanisme weten we op genetisch

niveau nog lang niet alles. Bioinformatici van het Virgo onderzoeksconsortium beten

zich vast in het uitzoeken welke genen hierbij een rol spelen.

Zowel virussen als hun gastheren hebben er baat bij als ze de ander kunnen herkennen. Virussen omdat ze zichzelf anders niet kunnen reproduceren, gastheren omdat ze de indringers anders niet kunnen bestrijden. Herken-nen gebeurt met behulp van eiwitten, waarvan het bouwplan in het genetisch materiaal van virus en gastheer ligt opgeslagen.

TurvenVirologen proberen goed in de vingers te krijgen wat er in de interactie tussen virus en gastheer gebeurt, met als doel virussen te kunnen bestrijden. Maar uitzoe-ken hoe het genetisch zit, is lastig. “Bestudeer je het mazelenvirus, dan weet je vooral hoe het zit bij mazelen. Een deel van de genacti-viteit in het immuunsysteem die je dan meet, is specifiek voor dat virus. We willen weten wat er generiek gebeurt – daar heb je in de bestrijding van veel meer virussen iets aan”, zegt Martijn Huynen, hoogleraar aan het Cen-trum voor Moleculaire en Biomo-leculaire Informatica van het

Radboud universitair medisch centrum in Nijmegen.

Huynen en onderzoeker Robin van der Lee legden talloze datasets uit moleculair en biomedisch onderzoek naast elkaar om de belangrijke genen in ons immuunsysteem te identificeren. Die datasets komen uit andere onderzoeken en bestaan uit ver-schillende soorten data (zie figuur rechts). Elk van die onder-zoeken afzonderlijk heeft nieuwe inzichten over het immuunsys-teem opgeleverd, maar het slim combineren van al de data kan ons nog veel meer vertellen. Huynen: “Als je de genen gaat turven die in al je datasets naar voren komen als ‘betrokken bij het immuunsysteem’, dan houd je er geen één over die overal in voorkomt. In plaats daarvan moet je op basis van virologische en immunologische kennis gaan uitrekenen in welke mate, en met welke waarschijnlijkheid, een gen betrokken is. Je moet ‘gewogen’ gaan turven.”

Na vele statistische breinbrekers hielden Van der Lee en Huynen een verzameling van een paar honderd genen over. Daarna kwam een volgende moeilijke stap: controleren of die nieuw gevonden genen daadwerkelijk een rol spelen in het immuunsys-teem. “Dat was verschrikkelijk veel werk”, vertelt Van der Lee. Daarvoor zijn onder andere experimenten uitgevoerd door virologen aan de Universiteit Utrecht. Uiteindelijk kwamen de bioinformatici op een model dat volgens hun berekeningen een veel betere beschrijving was van het immuunsysteem, dan wat tot nu toe beschikbaar was.

Interventiestrategieën Het verfijnde model biedt aanknopingspunten om in de toekomst nieuwe interventie- strategieën tegen infectieziekten te bedenken. Maar het is nu vooral fundamenteel wetenschappelijk: we weten nu van veel meer genen dat zij een rol spelen bij het orga-niseren van de afweer tegen heel veel ziekteverwekkers.

■

■

■

■

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

VIRGOVIRGO

■ ■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

7170

Het Virgo-project heeft de virologie een boost gegeven aan nieuwe kennis en nieuwe technieken. Nieuwe technologieën zijn ingezet voor preventie van pandemische virusinfecties, en virale mysteries – zoals het Trojaanse paard dat het mazelenvirus achterlaat – zijn ontrafeld. Er is nu veel meer bekend over hoe virussen het lichaam binnendringen, welke receptoren ze benutten als sleutel om een cel binnen te komen, en hoe ze gastheercellen herprogramme-ren om zich te laten vermenigvuldigen. Er zijn tien-tallen nieuwe virussen ontdekt. Hoogleraar Virologie en Virgo-coördinator Ab Osterhaus: “We kunnen nu in bijvoorbeeld vocht uit de longen van ernstig zieke patiënten met deep sequencing het erfelijk materiaal vastleggen van alles wat erin zit. En vervolgens met gebruik van nieuwe bioinformaticatools vaststellen welk virus de ziekte veroorzaakt. Door de nieuwe technieken kunnen we een virus als het MERS- coronavirus nu snel herkennen als ‘nieuw’, en daarmee ook sneller diagnostiek, geneesmiddelen en een vaccin ontwikkelen.”

ToppublicatiesVermeerdering van kennis is enigszins te kwantifi- ceren in publicaties en promoties, en in aantallen nieuw ontdekte virussen, ontwikkelde vaccins, patenten en spin-offs (zie illustratie). Zo zijn er uit het project tientallen publicaties in wetenschappe-lijke tijdschriften voortgekomen, waaronder een

flink aantal in toptijdschriften als Science en Nature. Er zijn verschillende onderzoekers op dit onderzoek gepromoveerd en over de hele wereld uitgevlogen om hun kennis in te zetten voor nieuwe virologische vraagstukken. Het Rotterdamse Viroscience Lab is uitgegroeid tot een Centre of Excellence.

Eigen broekDoel van de FES-gelden was niet alleen wetenschap-pelijk succes, maar ook kruisbestuiving met het bedrijfsleven. “Wij hebben berekend dat we met die subsidie het negenvoudige hebben gegenereerd aan subsidies uit het buitenland en gelden van de industrie. Dat is dus nieuw geld voor de Nederlandse economie”, vertelt Eric Claassen, aanvankelijk als hoogleraar Immunologie betrokken bij het project en inmiddels hoogleraar Ondernemerschap in de levenswetenschappen aan de VU. “Die FES-gelden zijn als het ware een startmotor geweest. Ze hebben echter alleen zin als het leidt tot iets duurzaams. Wij hebben er daarom op ingezet een onderzoeksgroep neer te zetten die zijn eigen broek kan ophouden. We begonnen met zes man. Met de tien miljoen subsidie uit de FES-gelden hebben we uiteindelijk voor meer dan tien jaar honderd banen gegenereerd in het toe-gepast biomedisch onderzoek, duizend manjaren werk. Hiervoor ontvingen we de Valorisation Award van een miljoen van het Netherlands Genomics Initiative (NGI).”

Viruskillers ook economisch succesvol

Het Virgo-consortium levert een caleidoscoop aan nieuwe inzichten, diagnos-

tische tools, vaccins en spin-off bedrijven. “Het heeft de investeringen vanuit

het Fonds Economische Structuurversterking ruim terugverdiend”, zegt

hoogleraar Virologie Ab Osterhaus.

tekst: Joost van der Gevel beeld: Parkers

Case study

Publicaties met een impactfactor groter dan 10

Publicaties met een impactfactor groter dan 5

Publicaties met een impactfactor kleiner dan 5

Proefschriften tot en met 2015

In de jaren daarna volgen er nog ongeveer 20

Voordrachten op congressen en symposia

Posterpresentaties

Patentaanvragen en 2 toegekende patenten

Nieuwe spin-offs in 2013

Nieuwe projecten met publieke partners

Nieuwe projecten met industriële partners

Niet-wetenschappelijke publicaties

Niet-wetenschappelijke presentaties

Bijdragen aan het publieke debat/discussies

Onderwijsactiviteiten en -bijdragen

Nieuwe virussen ontdekt

Nieuwe klinische toepassingen (zoals protocollen)

Nieuwe publieksproducten (zoals informatieve websites)

Adviesraden en -commissies waarin consortiumleden

zitting hebben

VIRGO

7372

kelt de Universiteit van Bonn in Duitsland, samen met het Rotterdamse Viroscience lab, een specifieke test om het virus aan te tonen. Er zijn dan pas twee patiënten. Door hun ervaringen met SARS en Influenza vermoe-den de virologen dat het virus recent is “overgesprongen” van een dier. Maar welk? Ze gaan het uitzoeken.

Op coronavirussen – “corona” is Latijn voor kroon of krans – zit een krans van uitsteeksels, eiwit-ten die kunnen binden aan recep-toren op menselijke en dierlijke cellen. Als zo’n viraal eiwit bindt aan een receptor, kan het virus de cel binnendringen en versmelt het met de cel, het virusgenoom komt vrij en de cel begint nieuwe exem-plaren van het virus te maken. Mensen en dieren die geïnfecteerd zijn geweest met het virus hebben antistoffen tegen onder meer dat specifieke virale oppervlakte-ei-wit aangemaakt. Als je weet hoe dat eiwit eruitziet, kun je een test ontwikkelen om die antistoffen aan te tonen en je kan die infor-matie ook gebruiken om de receptor op te sporen.

Najaar 2012

Bart Haagmans en Stalin Ray identificeren het menselijke en dierlijke eiwit DPP4 als receptor. Het zit op de buitenkant van cel-len in de longen, in de nieren, darmen en cellen van het immuunsysteem. Dit cellulaire eiwit is de sleutel waarmee het virus de cel binnendringt. Klei-nere diersoorten zoals muizen, hamsters en fretten, blijken niet te infecteren te zijn door het MERS-coronavirus. Alle dieren hebben zo’n receptor, maar door variatie in de aminozuurvolgorde zijn er verschillen die binding voor het virus moeilijker of onmogelijk maken.

FO

TO:

EL

MO

UB

AS

HE

R A

BU

BA

KE

R A

BD

FA

RA

G

Januari 2013

Nog een patiënt in Londen. Een zestigjarige Pakistaanse man wordt opgenomen na een pel-grimstocht naar Mekka en Medina in Saoedi-Arabië. De zoon en een nicht van de man komen over uit Pakistan. Beiden worden ziek. De zoon, die als leukemiepatiënt extra risico loopt, overlijdt binnen tien dagen. De nicht herstelt. De vader overlijdt na acht weken intensive care. MERS blijkt dus ook overdraagbaar tussen men-sen. Het virus zal in de jaren daarna vaker opduiken, vooral in ziekenhuizen in Saoedi-Arabië en de Golfstaten, waarbij ook veel personeel overlijdt.

tekst: Joost van der Gevel

Procesverslag

Zomer 2012

In een Saoedisch ziekenhuis sterft een zestigjarige patiënt van de Egyptische arts en viroloog Ali Mohamed Zaki. De patiënt heeft een longontsteking en nierfalen. Het lukt Zaki het virus te kweken en hij vermoedt dat de man een infectie heeft met een paramyxo-virus, een familie waartoe ook het mazelen- en het bofvirus behoren. De groep van Ron Fouchier van Erasmus MC heeft hiervoor net een nieuwe diagnos-tische methode gepubliceerd. Zaki neemt contact op met Rotterdam en stuurt materiaal van zijn patiënt op.

Het is geen paramyxovirus, stellen ze vast in Rotterdam. Uit de RNA-sequenties blijkt

dat het om een onbekend corona-virus gaat, familie van SARS en verschillende verkoudheids- virussen. Het virus zal later de naam Middle East Respiratory Syndrome coronavirus (MERS) krijgen. Dr. Zaki meldt het, in lijn met de internationale regelgeving van de Wereldgezond-heidsorganisatie (WHO), bij het ministerie van Volksgezondheid in Saoedi-Arabië. En hij zet het nieuwe virus ook alvast op ProMED-mail, de web- en mailservice voor uitbraken van infectieziekten. Dat is op donder-dag 20 september.

September 2012 Op zaterdag 22 september krijgt Ab Osterhaus, een gerenommeerd viroloog van het Erasmus Medisch Centrum, een telefoontje uit Engeland. In een ziekenhuis in Londen is een man opgenomen die met een privé-vliegtuig uit Qatar is gekomen. Hij is direct in isolatie aan de kunstmatige beademing gelegd. De man heeft een longontsteking en nierfalen, en is er slecht aan toe. De Britse artsen achten de kans groot dat hij zal overlijden. Ze vragen om sequentiegegevens van het nieuwe virus en probes – stukjes complementair RNA – om het virus te diagnosticeren.

Ook deze man heeft MERS. De man zal nog bijna een jaar op de intensive care liggen voor hij overlijdt. Binnen een week na het telefoontje uit Londen, ontwik-

Een sterfgeval in Saoedi-Arabië door een onbekend virus. Dat is het begin van een testcase voor de door Virgo ontwikkelde toolbox van genomics, proteomics en bioinformatics voor ontdekking van virussen, ontwikkeling van vaccins en voorkomen van verspreiding.

Snotterende dromedarissen verspreiden dodelijk virus

FO

TO:

STA

LIN

RA

J

VIRGO

7574

Snotterende dromedaris verspreidt dodelijk virus

December 2014

Het werkt. De gevaccineerde dromedarissen worden niet ziek. En de niet-gevaccineerde drome-darissen wel. Maar dat is nog geen garantie voor succes. De niet- gevaccineerde dromedarissen krijgen van MERS namelijk een flinke snotneus, maar daar blijft het bij. In Saoedi-Arabië is daar-door mogelijk weinig interesse voor een vaccinatieprogramma. Daar hebben de virologen op geanticipeerd. Osterhaus: “Ze hebben er namelijk óók een heel ander probleem: kamelenpokken. We hebben dat MERS-eiwit ingebouwd in een ‘vector’, een kreupel pokkenvirus waarvan je niet meer ziek kan worden. Dit MERS-vaccin beschermt die dieren daardoor óók tegen kamelenpokken. Je slaat zo dus twee vliegen in een klap. En dat is waarschijnlijk wél interessant voor de Saoedi’s.”

April 2016

En MERS? April 2016 staat de teller bij de WHO wereldwijd op 1.698 patiënten sinds 2012, van wie er 609 zijn overleden.

November 2014 Ab Osterhaus en Bart Haagmans testen vaccins op dromedarissen in Barcelona. Om antistoffen op te wekken gebruiken ze het MERS-eiwit dat bindt aan de receptor. Die antistoffen blokke-ren dan de binding van het virus aan de receptor, ze plakken eigenlijk op het virus waardoor dat niet meer kan binden en cellen niet meer kan infecteren. Haagmans: “Je kunt zo’n blok-kade al van te voren induceren met een vaccin. Daarvoor hoef je niet het hele virus te geven – dat bindingseiwit kan al voldoende zijn.”

Zomer 2015

In Zuid-Korea is een grote uit-braak in verschillende ziekenhuizen, waarbij 186 mensen ziek worden van wie er 36 overlijden. Intussen zijn onderhandelingen gaande over verdere ontwikkeling van het vaccin, en vaccinatie van dromedarissen en eventueel van ziekenhuispersoneel. Osterhaus: “Het idee is: control at the source. Als je de bron wegneemt stopt het vanzelf. Dus door de dromedaris-sen in te enten, bescherm je ook de mens. Op die manier is West-Europa vrijgemaakt van rabiës, hondsdolheid. Het is een heel oud principe.”

FO

TO:

DO

WID

AG

DO

FO

TO:

MA

RIO

N K

OO

PM

AN

S

FO

TO:

CH

AN

TAL

RE

US

KE

N

“Er is nog een heel ander probleem: kamelenpokken.”

Mei 2014

In het slachthuis blijkt de helft van de dromedarissen positief voor MERS. Koopmans wil ver-spreiding terugdringen door bijvoorbeeld dromedarissen uit Australië – die geen MERS hebben – te vaccineren of ze rechtstreeks van de boot naar het slachthuis te brengen. “Verspreiding tussen mensen in het ziekenhuis kun je aanpakken door ziekenhuispersoneel te vaccineren of door goede hygiëne”, zegt Koopmans, “maar dan hou je nog steeds druppelsgewijs infectie vanuit die dieren. Die overdracht willen wij blokkeren.”

FO

TO:

EL

MO

UB

AS

HE

R A

BU

BA

KE

R A

BD

FA

RA

G

April 2014

Er is een MERS-uitbraak in Qatar. De WHO vraagt Koopmans onder-zoek te doen. Op een kleine boer-derij zijn twee mensen ziek en een aantal dromedarissen heeft een soort verkoudheid. Mensen en dromedarissen hebben het-zelfde virus. De vraag is: wie geeft het aan wie? Koopmans, focust zich op de verspreiding. Ze onderzoekt in Qatar verschillende groepen dieren: bij het slachthuis, op de markt en bij de dromedaris-races. Koopmans: “Die regio is booming, vanwege de olie en gasrijkdom. Er is een enorme welvaart en bedrijvigheid, waar veel mensen op afkomen en dat creëert weer een vraag naar voed-sel, waardoor er een grote markt voor dromedarisvlees is ontstaan. De dieren worden nu in grote aantallen gefokt. In Qatar is één centraal slachthuis. Het land importeert ook veel dieren uit de Hoorn van Afrika en Australië en die komen allemaal bij elkaar op dezelfde markt, waar ze soms maanden staan voor ze naar dat slachthuis gaan. Dat is werkelijk een ‘snelkookpan’ voor virusverspreiding.”

FO

TO:

MA

RIO

N K

OO

PM

AN

S

Voorjaar 2013

Hoogleraar virologie Marion Koopmans en Chantal Reusken van het RIVM testen in het Midden-Oosten grotere huisdie-ren, zoals koeien, geiten, schapen en dromedarissen, op antistoffen. Dromedarissen blijken de enige met antistoffen tegen het MERS-coronavirus. Al snel wordt dit door andere onderzoekers bevestigd. Ze vinden die antistof-fen zelfs in bloed van dromedaris-sen uit de jaren tachtig.

FO

TO:

MA

RIO

N K

OO

PM

AN

S

VIRGOVIRGO Interview

7776

En zo’n chronische situatie is gevaarlijk. Het virus deelt zich heel vaak en maakt daardoor heel veel signaalstoffen (antigenen) aan, die het afweersysteem ziet als een bedreiging. In reactie op die enorme hoeveelheid antigenen maakt het afweersysteem heel veel virusspecifieke afweercellen, met name T-cellen. Zo’n sterke reactie kan leiden tot schade aan de lever, waar het hepatitisvirus zich ophoudt.

Om ernstige schade te voorkomen trekt het lichaam zelf aan de noodrem. Als het afweersysteem wordt blootgesteld aan een enorme hoeveelheid antigenen, raken de T-cellen uitgeput: ze verliezen het vermogen om te delen. Dat beperkt de schade aan de lever, maar zorgt er ook voor dat het virus nooit helemaal onschadelijk wordt gemaakt.

“Wij hebben geprobeerd dat uitgeputte afweersys-teem weer te activeren”, vertelt Boonstra. “Dat acti-veren kan op twee manieren. De eerste is met behulp van exhaustionremmers. Een uitgeputte T-cel heeft aan de buitenkant allemaal zogenoemde exhaustion-markers, signaalstoffen die overprikkeling van het afweersysteem voorkomen door de deling van T-cellen te remmen. Door die markers te blokkeren met antilichamen kun je de uitputting opheffen en wordt de reactie van T-cellen weer sterker.”

De tweede methode is door middel van TLR-stimu- latie. TLR staat voor Toll-Like Receptoren. Dat zijn moleculen aan de buitenkant van een afweercel die structuren van ziekteverwekkers kunnen herkennen. Ze zijn als het ware de sensoren van het afweersys-teem. Door deze sensoren te stimuleren, kun je het afweersysteem weer activeren.

Beide strategieën zijn potentieel risicovol. Overprik-keling van het afweersysteem ligt op de loer. Boon-stra: “Met de bestaande therapieën zijn we in staat om het hepatitisvirus goed te onderdrukken, zodat er weinig virusdeeltjes in het bloed en de lever zitten. Maar het is zeer lastig om alle virusdeeltjes uit het

lichaam te verwijderen. Je wilt het hepatitisvirus goed onderdrukken zodat er weinig virusdeeltjes in het bloed zitten, maar ze wel in de lever aanwezig zijn. Ons idee is om mensen eerst te behandelen totdat het virus bijna weg is en dan deze methode van heractivatie te gebruiken om het laatste zetje te geven. Bij klinische trials zullen we de dosis heel langzaam op moeten voeren.”

Bij een HIV-infectie (aids) speelt een vergelijkbaar probleem. Viroloog Rob Gruters probeert het afweer-systeem zo te stimuleren dat het HIV aan kan vallen. “HIV infecteert cellen van het afweersysteem”,

vertelt hij. “Dat is op zich al heel vervelend, maar daar komt nog eens bij dat het virus zijn DNA inbouwt in dat van de cel. Zo wordt het virus onder-deel van het DNA van de gastheer en kan het zich schuilhouden. Daarnaast kan het virus heel snel ver-anderen. Er ontstaat een race waarbij het virus het

“ Het overgrote deel van de hepatitisinfecties bij kinderen wordt chronisch.”

Onderzoeker Rik de Groen bekijkt bloedcellen van patiënten met virale hepatitis onder de microscoop.

Een kijkje in het laboratorium van immunoloog André Boonstra.

FO

TO:

RO

B G

RU

TER

S

Immunoloog André Boonstra richt zich met name op hepatitis B-virussen. “Het hepatitis B-virus heeft een hoge replicatiesnelheid over een lange periode”, vertelt hij. “Er komen dus voortdurend veel nieuwe virusdeeltjes bij. Negentig procent van de volwas-

senen raakt het virus desondanks zelf kwijt. In tien procent van de gevallen wordt de infectie echter chronisch. Bij kinderen is dat net andersom: het overgrote deel van de hepatitisinfecties bij kinderen wordt chronisch.”

Oppepper voor een uitgeput afweersysteem

Sommige virussen activeren het afweersysteem dusdanig dat dat zichzelf

uitput. Het resultaat is een chronische infectie, waarbij patiënten levenslang

virusremmers moeten slikken. Het kan wellicht ook anders: geef het afweer-

systeem een zetje in de goede richting zodat het daarna op eigen kracht

het virus kan opruimen.

tekst: Elles Lalieu

VIRGO Case studyVIRGO

78 79

Er zijn duizenden ziekteverwekkers die ons kunnen aanvallen en we hebben maar

één afweersysteem. Dat afweersysteem heeft een beperkt aantal genen beschikbaar

om in te zetten. En dus is er een ingebakken flexibiliteit om de juiste respons

tegen iedere ziekteverwekker te krijgen. “Vroeger keken we door een sleutelgat

en nu kunnen we de deur open doen en in de kamer kijken.”

tekst: Elles Lalieu

Gluren door het sleutelgat:

Een kakofonie van genactiviteit

Oppepper voor een uitgeput afweersysteem

afweersysteem steeds een stap voorblijft. Uiteindelijk raakt het afweersysteem uitgeput en geeft het op.”

Bij HIV spelen dus twee problemen: het virus breekt bepaalde afweercellen (zogenoemde CD4 T-cellen) af en de afweercellen die overblijven krijgen het virus niet onder controle. Probleem één is aan te pakken door het toedienen van virusremmers. De hoeveelheid afweercellen is meetbaar in het bloed. Bij gezonde mensen zitten er 500 tot 1.500 CD4 T-cellen in een bloedmonster van één microliter. Bij een onbehandelde HIV-infectie kan dat aantal teruglopen tot minder dan honderd CD4 T-cellen per microliter. Therapie wordt gestart als er minder dan 350 CD4 T-cellen per microliter gevonden wor-den. Dankzij het toedienen van virusremmers gaat het aantal afweercellen weer omhoog, maar de func-tie van die cellen wordt nooit meer zo goed als die vroeger was.

Probleem twee is lastiger. Gruters: “Het afweersys-teem herkent het virus wel, maar bekijkt vervolgens de verkeerde delen, namelijk de delen die het virus snel aan kan passen. We proberen met een therapeu-tisch vaccin het afweersysteem zo ‘op te voeden’ dat de overgebleven T-cellen weer met het virus in

gevecht kunnen. We boekten goede resultaten in het laboratorium en bij proefdieren en hebben inmiddels zeventien mensen gevaccineerd. Eén patiënt kon zeven jaar lang zonder therapie, maar in het algemeen had de vaccinatie een beperkt effect.”

Gruters wil het vaccin verbeteren door andere delen van het virus aan te bieden. “Het afweersysteem moet het virus zo vroeg mogelijk herkennen”, stelt hij. “Het virus dringt afweercellen binnen om zich te kunnen delen. De eerste paar kleine eiwitten die zo’n cel ontregelen heeft het virus nodig om de productie van extra virusdeeltjes op gang te brengen en die zullen dus niet zo snel veranderen. Door die ‘vroege eiwitten’ aan te bieden in het vaccin krijg je een veel betere afweerreactie en kan het virus niet meer ontsnappen.”

Ook bij HIV speelt het risico op overprikkeling van het afweersysteem een belangrijke rol. Een geacti-veerde afweercel staat klaar om allerlei nieuwe pro-ducten te maken en is daardoor een makkelijke prooi voor het virus, dat nieuwe virusdeeltjes wil laten maken. Cellen in rust zijn voor een virus veel moeilijker succesvol te infecteren. Wordt het afweersys-teem geactiveerd, maar slaagt het er toch niet in om het HIV helemaal op te ruimen, dan heb je kans dat het virus zich juist beter kan verspreiden.

Gruters beschrijft de overprikkeling van het afweersysteem als een soort allergische reactie. “Het afweersysteem reageert veel te heftig op de prikkels die je toedient. Het is alsof je met een kanon op een mug staat te schieten. Het kanon richt veel meer schade aan dan nodig is.”

Het aanpakken van zowel hepatitis B als HIV is dus nog niet zo eenvoudig. Aan de ene kant wil je het afweersysteem stimuleren om de virussen onschadelijk te maken, maar aan de andere kant wil je voorkomen dat het afweersysteem te sterk wordt geprikkeld. Een subtiele strategie dus.

“ Het afweersysteem herkent het HIV-virus wel, maar bekijkt de verkeerde delen.”

FO

TO:

RO

B G

RU

TER

S

Patrick Boers (senior research analist) en Cynthia Lungu (master student) analyseren viraal DNA.

VIRGOVIRGO

8180

Gluren door het sleutelgat: Een kakofonie van genetische activiteit

aantal genen is dat bekend, maar van duizenden genen weten we het niet goed”, zegt Van den Ham.

Subtiele verschillenHet is ondoenlijk om alle genen één voor één te bekijken. Andeweg: “Het antigeen van een ziekte-verwekker wordt in eerste instantie herkend door één cel van het afweersysteem. Maar daarna wordt er heel veel gedeeld, zodat er een enorm grote popu-latie afweercellen ontstaat. Bij die delingsprocessen gaan duizenden genen aan en dat draagt bij aan een enorme hoeveelheid data.”

De bulk van de data is afkomstig van cellen die delen, maar dat is niet waar Andeweg en zijn colle-ga’s naar op zoek zijn. Ze zijn op zoek naar subtiele verschillen die bepalen of iemand een goede of een slechte afweerreactie heeft tegen een bepaalde ziekteverwekker.

Om die subtiele verschillen te kunnen vinden, maakten de onderzoekers gebruik van co-expressie netwerk analyse. “Binnen het hele patroon van genen, vind je groepen genen die een bepaald

gedrag vertonen”, zegt Van den Ham. “Je kunt de oorspronkelijke 20.000 metingen dus samenpersen in setjes. Zo maak je een netwerk van genen. In dat netwerk zitten knopen die wellicht te koppelen zijn aan klinische variabelen.”

In de gevarenzoneMet een voorbeeld laat Van den Hem zien hoe zo’n netwerk werkt. “Er zullen groepen genen zijn die wel actief zijn, maar waarvan de activiteit gedurende infectie niet verandert. Neem het gehoor. Genen die belangrijk zijn voor het gehoor spelen geen rol bij infectie en hun activiteit blijft dus vlak. Bij dengue hebben we genen ingedeeld in ruim twintig groepen, zodat genen met hetzelfde gedrag in dezelfde groep zitten. Ongeveer de helft van deze groepen is in verband te brengen met belangrijke kenmerken van dengue, bijvoorbeeld de hoeveelheid bloedplaatjes in het bloed.”

“Als we weten welke genen bepalend zijn voor een ziektebeeld, dan kunnen we het lichaam trainen om een goede afweerreactie in gang te zetten”, vult Andeweg aan. Onderzoek aan de genen is dus ook van belang voor het ontwikkelen van vaccins. En juist bij dengue is zo’n interventie van belang omdat het verloop van de ziekte moeilijk te voorspellen is. “De meerderheid van de dengue-infecties verloopt zonder klachten, maar vijftien tot twintig procent van de patiënten wordt wel ziek. De eerste ver-schijnselen zijn griepachtige symptomen. Na een aantal dagen lijkt herstel in te treden, maar een paar procent van de patiënten gaat juist dan een kritieke toestand in: door lekkage van bloedvaten ontstaan overal bloedingen.”

Dengue komt op steeds meer plaatsen voor, doordat het leefgebied van de muggen die de ziekte verspreiden steeds verder uitbreidt. Er zitten dus steeds meer mensen in de gevarenzone en daarom is meer kennis over deze onvoorspelbare ziekte geen overbodige luxe.

Moderne technieken laten precies zien welk deel van het genoom veel (rood), weinig (turkoois) of geen (zwart) expressie vertoont. Door een ‘heatmap’ van een sterk reagerende patiënt te vergelijken met die van een gewone patiënt, wordt inzichtelijk waar in het immuunsysteem de reactie uit de hand loopt.

FO

TO:

MU

HA

MM

AD

MA

HD

I K

AR

IM

Die ingebakken flexibiliteit maakt onderzoek naar de afweerreactie van de gastheer lastig, maar niet onmogelijk. Binnen onderzoeksconsortium Virgo is gezocht naar genen die een belangrijke rol spelen in de afweerreactie tegen dengue.

Eén gen, één functie. Dat is de traditionele gedachte. Maar die gedachte klopt niet. Een gen van het afweer-systeem kan bij de ene infectie tot expressie komen en bij contact met een andere ziekteverwekker juist onderdrukt worden. “We moeten dus veel uit de kast trekken om hoofdrolspelers van figuranten te onder-scheiden”, vertelt viroloog Arno Andeweg. “Maar aan de andere kant, meten is weten. En nu kan het. We kunnen tegenwoordig de activiteit van alle 20.000 genen van de mens in één keer meten. Vroeger keken we door een sleutelgat en nu kunnen we de deur open doen en in de kamer kijken.”

GenexpressieDe basis voor dit kamertje kijken is DNA-sequen-cing; het op volgorde aflezen van alle genetische letters van het DNA-molecuul (zie kader). In de afgelopen jaren is de capaciteit van sequencing machines steeds verder toegenomen. “In de jaren negentig hadden wetenschappers honderden appa-

raten nodig en dan nog deden ze er tien jaar over om het complete menselijke genoom in kaart te bren-gen”, vertelt bio-informaticus Henk Jan van den Ham. “Nu kun je binnen drie dagen het genoom van tien mensen sequencen met één apparaat.”

In de praktijk ging het detecteren van betrokken genen als volgt: in samenwerking met Indonesische artsen namen Cox van de Weg en Eric van Gorp bloedmonsters af van patiënten met een dengue- infectie en werd de expressie van alle 20.000 genen gemeten. “Van het hele genoom weet je dan welke stukjes aan of uit staan, maar dan ben je er nog niet. Want welke genen zijn nu echt belangrijk? Van een

DNA-sequencingDNA-sequencing is een techniek om de volgorde van alle genetische letters van een DNA-molecuul te bepalen.

Eerst wordt het DNA, dat uit twee strengen bestaat, in kleine stukjes geknipt. Daarna worden de strengen van

elkaar gescheiden. Eén van de twee strengen wordt in een oplossing met vier verschillend gekleurde bouwblokjes

en lijm gebracht. Tijdens het proces dat volgt, hechten de passende bouwblokjes zich aan de DNA-streng. De

reactie gaat net zolang door totdat de streng compleet gekopieerd is en de kleur de volgorde van de bouwblokjes

heeft verraden. Tot slot worden alle stukjes DNA, als in een grote puzzel, samengevoegd tot het hele genoom.

Deze techniek kan ook worden gebruikt om de activiteit van de afzonderlijke genen van het genoom in een stukje

weefsel, of bijvoorbeeld bloedcellen, te meten. Door genspecifieke fragmenten te “turven” kun je de activiteit van

een gen bepalen. Hoe vaker je een bepaald fragment tegenkomt, hoe hoger de activiteit van het gen.

De denguemug (Aedes aegypti) brengt het virus over waar je dengue van krijgt.

VIRGOVIRGO Case study

8382

Dat is op zich natuurlijk goed nieuws: de patiënt knapt op. Maar omdat het mazelenvirus juist op afweercellen hecht, en die cellen worden opge-ruimd, verliest de patiënt wel het immunologische geheugen.

GeheugencellenDe Swart: “We wisten al dat infectie met mazelen het afweersysteem verzwakt en ook dat dit weken tot maanden kan duren. We wisten ook dat het aan-tal witte bloedcellen tijdens een infectie omlaag gaat, maar dat aantal is binnen een week alweer terug naar normaalwaarden. Wat wij hebben ont-dekt, is dat de aantallen wel weer terugkomen,

maar dat de samenstelling is veranderd. De cellen die terugkomen zijn afweercellen die de acute mazeleninfectie bestrijden, maar de geheugencellen, die effectief zijn tegen andere infecties, zijn allemaal in aantal verlaagd.”

Geheugencellen zijn afweercellen die onthouden wat ze hebben gezien en bij een tweede contact met dezelfde ziekteverwekker snel in actie kunnen komen. Na een infectie met mazelen verliest een patiënt dus tijdelijk een deel van de afweer tegen andere, met name bacteriële, infecties. Maar tijdelijk betekent niet een paar weken of maanden, maar ruim twee jaar. Die conclusie trekt De Swart uit onderzoek in samenwerking met Amerikaanse epi-demiologen. Uit databases van de Verenigde Staten, Groot-Brittannië en Denemarken verzamelden zij cijfers over de sterfte aan mazelen en de sterfte aan andere infectieziekten, zowel voor als na de invoe-ring van mazelenvaccinatie.

Vaker ziekDe Swart: “Er is een duidelijke correlatie tussen het optreden van mazelen en de sterfte aan andere infectieziekten. En dat verband is er tot ongeveer 28 maanden na een mazelenuitbraak. Het bijzondere van deze studie is dat in verschillende databases dezelfde benadering is gevolgd en dat daar steeds dezelfde periode uitrolt. Na de invoering van maze-lenvaccinatie is het aantal gevallen van mazelen

Deze patiënt uit Nigeria heeft rode uitslag over de hele rug. Een bekend fenomeen bij mazelen. Op het moment dat de huiduitslag optreedt, is de piek van infectie echter al voorbij. Daarom is het virus zo besmettelijk: andere mensen krijgen het al voordat de pati-ent echt ziekteverschijnselen vertoont.

Deze menselijke dendritische cel is in een kweekbakje geïnfec-teerd met GFP-mazelenvirus. Het GFP-eiwit wordt gemaakt in het cytoplasma van de cel. Daardoor wordt de hele cel fluorescent.

Rik de Swart, viroloog aan het Erasmus Medisch Centrum Rotterdam, houdt zich al jarenlang bezig met mazelen. Tien jaar geleden liep hij de Noord-Ierse viroloog Paul Duprex tegen het lijf op een mazelencongres. “Duprex hield daar een presentatie over een mazelenvirus dat GFP, een fluorescerend eiwit, maakt”, vertelt De Swart. “Hij had alleen geen goed model om het fluorescerende virus in te testen. Wij hadden dat wel en dus besloten we, tien jaar geleden, om te gaan samenwerken. Nu hebben we dus een goed model waarin geïnfecteerde cellen zichtbaar worden. En dat heeft onze kennis over mazelen enorm vergroot.”

Paard van TrojeVoorheen werd altijd gedacht dat mazelen een klas-siek luchtwegvirus is, een virus dat epitheelcellen van de luchtwegen infecteert. Maar in 2000 werd een receptor voor mazelen ontdekt op afweercellen. Toen De Swart en zijn team het gekleurde mazelen-virus loslieten in de luchtwegen van apen, zagen zij dat met name cellen onder in de longen geïnfecteerd

raken. Dat was een vreemde plek om virussen aan te treffen, vond De Swart, wetende dat er in de boven-ste luchtwegen ook cellen zitten die infectie probe-ren te voorkomen. “Dendritische cellen – dat zijn cellen van het afweersysteem – steken geregeld hun uitlopers uit naar de bovenste luchtwegen om te ‘voelen’ of er indringers in de buurt zijn”, legt De Swart uit. “We denken dat het mazelenvirus op zo’n moment zijn kans grijpt en, liftend op een dendriti-sche cel als een paard van Troje, wordt meegenomen naar de cellen van het afweersysteem.”

Het is voor het virus best moeilijk om zo liftend bin-nen te komen, maar eenmaal binnen richt het al snel grote schade aan. Allerlei afweercellen, waaronder B-cellen en verschillende typen T-cellen, raken geïnfecteerd. De receptor waar het mazelenvirus aan bindt, komt vooral voor op cellen die al eens stukjes van een indringer hebben gezien. Die cellen raken aangetast. Tegelijkertijd komt er een goede afweer-reactie op gang tegen het mazelenvirus zelf. Het afweersysteem ruimt de aangetaste afweercellen op.

tekst: Elles Lalieu beeld: Plos Pathogens/Rik de Swart

‘Onschuldig’ mazelenvirus brengt je afweer om zeep

Mazelen zijn dankzij vaccinatie een zeldzame ziekte geworden. Maar vaccineren

ligt onder vuur en dus krijgen we, ook in Nederland, weer af en toe te maken met

mazelenuitbraken. Onderzoek naar mazelen blijft dus van belang om de infectie

zelf en de gevolgen daarvan beter te kunnen begrijpen.

VIRGOVIRGO

M F H LN P

N P GFP M F H L

8584

in de longen terecht komt. Dat is nu nog in opge-loste vorm, maar het allermooiste zou zijn als je het vaccin in gedroogde vorm kunt bewaren want dan blijft het heel lang stabiel. Daar zijn mijn collega’s in Amerika op dit moment mee bezig. Probleem is nog wel dat je bij inhaleren nooit zeker weet of iemand een volledige dosis heeft gehad. Kortom, er is ruimte voor verbetering van het mazelenvaccin, maar dat gaat niet op korte termijn gebeuren. Tot die tijd willen we met de resultaten van ons onderzoek wel het imago van mazelen als een ‘onschuldige’ kinderziekte ontkrachten.”

Infectie van makaken met een GFP-mazelenvirus. Op de piek van virusreplicatie zijn fluores-cerende cellen (groene puntjes) zichtbaar in de huid (A), op het tandvlees (B), op de tong (C) in de lymfeknopen (D-F) en in de milt (G). Enkele dagen na de piek verschijnt huiduitslag (H), waarin nog steeds fluoresce-rende cellen zitten (I).

‘Onschuldig’ mazelenvirus brengt je afweer om zeep

natuurlijk veel lager, maar nog steeds zien we dan tot ruim twee jaar na een uitbraak een hogere sterfte aan andere infectieziekten. We denken daarom dat we een sterk verband te pakken hebben.”

De onderzoekers bekijken inmiddels of dezelfde relatie ook voorkomt in andere databases, zoals die van huisartsen. Daarin worden anoniem gegevens over de ziektegeschiedenis van de patiënt opgeslagen. “We willen uiteindelijk bij vijfhonderd tot duizend kinderen die mazelen hebben gehad, kijken naar de ziektegeschiedenis van een paar jaar daarna”, vertelt De Swart. “En dan kijken we niet naar sterfte, maar naar bijvoorbeeld antibiotica- gebruik en ziekenhuisopnamen. Deze groep willen we vergelijken met kinderen die geen mazelen hebben gehad om te kijken of kinderen in de twee jaar na een mazeleninfectie echt vaker ziek zijn.”

UitroeienMazelen blijven een enorm gezondheidsprobleem, omdat ze zo ongelooflijk besmettelijk zijn. Het virus komt moeilijk naar binnen, maar gaat heel effectief naar buiten. Dat is de truc. Op het hoogtepunt van de infectie (twee tot drie dagen voordat mensen daadwerkelijk ziekteverschijnselen vertonen) zijn er overal in het afweersysteem geïnfecteerde cellen. In dat stadium maakt het virus ook contact met de epitheelcellen van de luchtwegen. Zo komen er heel veel virusdeeltjes terecht in de bovenste luchtwegen. Door te hoesten kan een patiënt die virus-deeltjes heel efficiënt in de omgeving verspreiden. En dat compenseert ruimschoots voor het moeilijke binnenkomen van het virus.

Er is een vaccin en de mens is de enige natuurlijke gastheer voor het mazelenvirus. Mazelen kan apen

infecteren, maar over het algemeen zijn de groepen waarin die dieren leven te klein om het virus lang te laten overleven. Apen die eenmaal geïnfecteerd zijn geweest, kunnen niet meer ziek worden. En dus duurt het in een kleine groep apen niet lang voordat het virus geen “verse” gastheer meer kan vinden. Dat de mens de enige gastheer is, betekent dat we mazelen in theorie kunnen uitroeien door iedereen tegen de ziekte te vaccineren. Maar volgens De Swart zal dat nog een lastige klus zijn.

“Er zijn grote problemen met de acceptatie van vaccinaties”, stelt hij. “In een beschermde groep maakt het niet zoveel uit als een enkeling zich niet laat vaccineren. Er is dan toch wel bescherming door de groep. Maar als de onbeschermde groep groot genoeg wordt, komt er ruimte voor een uitbraak. Zoals in 2013 gebeurde in de orthodox protestantse gemeenschap in Nederland.”

Alternatief vaccinerenNaast het probleem met acceptatie is ook het vaccin zelf niet in alle situaties even praktisch. Het vaccin bevat een levend verzwakt virus en moet daarom koel bewaard worden. Vooral in tropische landen is dat niet altijd te doen, met als resultaat dat kinderen wel gevaccineerd worden, maar met een vaccin dat zijn werk niet meer goed doet. Bovendien wordt het vaccin toegediend met een naald, wat risico geeft op besmetting met hiv of hepatitis. De Swart en zijn team zijn op zoek naar een alternatieve manier van vaccineren, die in de tropen wel goed toegepast kan worden.

“Wij willen het vaccin laten inademen met een ver-nevelaar”, vertelt De Swart. “In ons apenmodel zagen we al een goede afweerreactie als het vaccin

Boven: het genoom van een mazelenvirus. Dit bevat slechts zes genen (N, P, M, F, H en L) die samen coderen voor acht eiwitten. Onder: het genoom van een GFP-mazelenvirus. Dit virus brengt GFP (green fluorescent protein) tot expressie. Dankzij deze proteïne kun je zien welke cellen geïnfecteerd raken en welke niet.

VIRGOVIRGO Case study

86 87

In iedere groep zaten tien tot twintig kinderen. Het aantal bloedmonsters was dus veel minder dan het aantal genen waarnaar werd gekeken en dan schiet de klassieke statistiek tekort. “Wij heb-ben daarom een methode gebruikt die machine learning heet”, vertelt statisticus Victor Jong. “Met machine learning bouw je stapje voor stapje een model. Je begint met de variabele (in dit geval een gen) dat het sterkst discrimineert tussen een ernstige infectie of een milde infectie. Vervolgens voeg je steeds een variabele toe, totdat de voor-spellende waarde van het model niet meer toe-neemt.”

VoorspelbaarheidDat werkt ongeveer zo: stel; je zit op een voor-spelbaarheid van tachtig procent. En met het toevoegen van een extra variabele komt de voorspelbaarheid op 80,0001 procent. “Ga je die variabele dan meenemen in je model? Waar-schijnlijk niet”, stelt Jong, “Want het heeft niet zoveel zin om variabelen toe te voegen, en dus het model complexer te maken, als de voorspel-baarheid er niet veel beter van wordt.”

Het RSV-model kwam uit op 84 variabelen die de voorspelbaarheid in belangrijke mate verbeterden: 84 genen die een belangrijke rol spelen bij het ont-

wikkelen van een ernstige infectie. De nauwkeurig-heid van de test is goed en ligt tussen de 96 en 97 procent. Geeft de test als uitslag dat een kind tien procent kans heeft op een ernstig verloop, dat klopt die voorspelling dus in 96 of 97 procent van de gevallen.

Uitkomsten begrijpenOf de test in de praktijk ook goed werkt, moet nog onderzocht worden. Fraaij: “Meten is makkelijk, maar de uitkomsten begrijpen is vaak een stuk moei-lijker.” Jong vergelijkt de uitslag van de test met de weersverwachting. “Als er negentig procent kans is op regen, neem je een jas mee. Als een kind negentig procent kans heeft op een ernstig verloop van RSV, moet het natuurlijk in het ziekenhuis blijven. Als er veertig procent kans is op regen, zal de één wel een jas meenemen en de ander niet. Als een kind veertig procent kans heeft om ernstig ziek te worden, dan moet de arts aan de hand van observaties beslissen wat er gebeurt.”

“ Soms is RSV zo ernstig dat patiënten beademd moeten worden.”

“ Uit voorzorg blijven er meer kinderen in het ziekenhuis dan noodzakelijk is.”

“RSV is één van de belangrijkste virusinfecties bij kinderen”, vertelt kinderarts Pieter Fraaij. “De meeste kinderen raken voor het eerst geïnfecteerd in hun eerste levensjaar. Het begint met verkoudheids-verschijnselen zoals hoesten, maar een deel van de kinderen wordt daarna zieker en zieker. Eén op de honderd kinderen komt uiteindelijk met adem-halingsklachten terecht in het ziekenhuis. Soms is dat zo ernstig dat patiënten op de intensive care beademd moeten worden.”

BloedmonstersWelke kinderen dan het risico lopen op een ernstige vorm van infectie, is echter moeilijk te voorspellen. Op het moment dat een kind bij de dokter of het zie-kenhuis aanklopt, is het lastig te zeggen of er wel sprake is van RSV en of de infectie echt doorzet. Daarom blijven uit voorzorg veel kinderen die wor-den doorverwezen ter observatie in het ziekenhuis. “Dat betekent dat er meer kinderen blijven dan noodzakelijk is”, stelt viroloog Arno Andeweg. “Wij hebben in het bloed gezocht naar biomarkers die zodra een arts RSV bij een kind constateert al kunnen voorspellen of een kind ernstig ziek gaat worden of niet.”

Het onderzoeksteam verzamelde bloedmonsters van gezonde kinderen, kinderen met een milde RSV-in-fectie en kinderen met een ernstige RSV-infectie. Tussen de 20.000 genen die het menselijk genoom rijk is, gingen zij op zoek naar die genen die signifi-cant in expressie verschillen tussen kinderen met een ernstige RSV-infectie en gezonde kinderen of kinderen met een milde infectie.

tekst: Elles Lalieu

Ziekenhuis of niet? Je genen bepalen het

Het respiratoir syncytieel virus (RSV) is een belangrijke veroorzaker van verkoudheid.

Bij volwassenen blijft het meestal bij een snotneus, maar RSV-infecties kunnen

bij pasgeborenen heel ernstig verlopen. Zo ernstig dat ze op de intensive care van

het ziekenhuis terechtkomen en zonder behandeling overlijden. Een test die kan

voorspellen welke kinderen een ernstige infectie zullen ontwikkelen, zou mooi zijn.

“ De betrouw- baarheid van deze test ligt tussen de 96 en 97 procent.”


8988

Niet overal ter wereld zijn alle vaccins beschikbaar. Wat betekent dat voor virusbestrijding? Andeweg: “Dat niet iedereen toegang heeft tot medicatie of vaccins is een kwalijke zaak. In de eerste plaats heeft het alles te maken met de oneerlijke ver-deling van welvaart. In de Westerse wereld zijn we al snel geneigd om te denken dat een virus niet meer bestaat of niet interessant is, terwijl het elders nog veel problemen veroorzaakt. In ontwikkelingslanden zijn bijvoorbeeld honderden miljoenen mensen het slachtoffer van chronische virale hepatitis of het denguevirus. Beschikbaarheid van vaccins en goede medische zorg is uiterst belangrijk – maar (vaak simpele) hygiënemaatregelen zijn ook cruciaal.”Osterhaus: “Verspreiding van vaccins en antivirale middelen in tijden van crisis heeft vaak te maken met de politieke situatie. Als een paar landen alle vaccins opkopen wanneer een pandemie dreigt, is er voor andere landen niets over. Terwijl pandemische vacci-natie niet alleen voor de happy few beschikbaar moet zijn, maar uiteindelijk voor iedereen die het nodig heeft. Daar moeten we oplossingen voor verzinnen, bijvoorbeeld door in Europa gezamenlijk in te kopen. Wetenschappelijk zijn we hier bij Virgo niet mee bezig, maar we zien wel dat we soms door het oog van de naald kruipen.”

Toch is het ook in juist rijke Westerse landen moei-lijk om iedereen aan een vaccin te krijgen – zie bijvoorbeeld de ophef rond vaccinatie tegen HPV, het baarmoederhalskanker veroorzakende virus.Osterhaus: “Ik maak me inderdaad wel zorgen over de acceptatie van vaccins. Mensen zijn kritisch op de wetenschap; geloven niet zomaar meer wat de dokter zegt. Aan de ene kant gaat het om religieuze redenen, daar kan je weinig aan doen. Maar daarnaast zijn het hoogopgeleide mensen die een ‘mazelenparty’ orga-niseren omdat het zo goed voor kinderen zou zijn. Er is niks gezonds aan, maar die ouders weten dat niet. Ze hebben het zelf nooit meegemaakt en kennen de gevolgen en eventuele complicaties van de ziekte niet meer.” (zie ook ‘Onschuldig’ mazelenvirus brengt je afweer om zeep, red.)

Andeweg: “Het is logisch dat mensen het systeem niet vanzelfsprekend vertrouwen. Iedereen is een mondige burger, de tijd is gelukkig geweest dat alleen de dokter weet wat goed voor je is. Maar het is zorgelijk dat de achterdocht toeneemt. Het doel van dit wetenschappelijk onderzoek is afname van de ziektelast, en dat wordt alleen bereikt als de gegenereerde kennis ook kan worden toegepast.

Hoe kunnen we die achterdocht tegengaan? Andeweg: “Degelijke informatie is belangrijk. Die achterdocht moet ons verder brengen om kennis beter te delen. Als wetenschappers moeten we goed kunnen vertellen wat de voor- en nadelen kunnen zijn van een vaccinatie. Correct geïnformeerde men-sen kunnen dan zelf een afweging maken in het belang van henzelf en de mensen om hen heen.”Osterhaus: “Aan de ene kant is er veel bereikt en gebeurt er goed werk in ons vakgebied, maar het is zonde dat we te weinig doen aan de acceptatie van de vruchten ervan: nieuwe vaccins. Er circuleren vreselijke filmpjes over wat er gebeurt na vaccinatie. Niemand rekent de sceptici erop af. Het is de taak voor de wetenschap om tegengeluid te geven. Daarvoor moeten we ook sociale wetenschappers en sociale media in de arm nemen: leren over de psychologie achter acceptatie, en de manier waarop communicatie het best werkt.”

Wat doet zo’n complex probleem met uw motivatie voor dit onderzoek?Andeweg: “Elke onderzoeker weet dat zijn werk voor de lange termijn is: fundamenteel onderzoek met zicht op praktische toepassing. We zijn gewend dat we niet in één stap thuis zijn; oorlogen, armoede en politiek blijven altijd een rol spelen.”Osterhaus: “Ons onderzoek is pure noodzaak. We zien steeds meer infecties de kop op steken. Daar moeten we een wal tegen opwerpen – door onze SARS-aanpak hebben we een beginnende pandemie onder controle gekregen. Doen we dit soort onder-zoek niet, dan moeten we met z’n allen op de blaren zitten.”

tekst: Rineke Voogtbeeld: René den Engelsman

Virusinfecties zijn soms onnodig problematisch. Tegen tal van virussen

bestaan uitstekende vaccins, maar ze zijn niet voor iedereen beschikbaar.

Soms zijn ze te duur, soms willen mensen niet gevaccineerd worden

omdat ze het systeem niet vertrouwen. Dat geeft een dilemma: vaccins

werken niet als je ze op de plank laat liggen. Ab Osterhaus (coördinator

Virgo) en Arno Andeweg (co-coördinator Virgo) vertellen.

Vaccins werken niet als je ze op de plank laat liggen

Discussie

Op weg naar genezing van diabetes type 1DCTI

Bij diabetes type 1 produceert het lichaam geen insuline meer.

Dat ontregelt de suikerhuishouding. Het Diabetes Cell Therapy

Initiative (DCTI) speurt naar nieuwe behandelmethoden.

DCTIDCTI

9392

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 ingespoten 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.

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 produceren. 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.

DCTIDCTI

9594

Idealiter transplanteer je niet vanwege een schrijnend donortekort en afstotingsverschijnselen, maar kweek je nieuwe insuline producerende 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

Eilandje van Langerhans

Insuline producerende bètacellen

Infographic


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

DCTI

links URL

DCTI

9796

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.

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.


DCTIDCTI

9998

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.”


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.

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.

DCTI

101100

Voorjaar 2014 Een doorbraak voor de gestripte bètacellen: een nieuwe batch cellen, voorzien van een fluores-cerend labeltje, blijken goed te hechten. Microcarrier CellBind blaakt van de fluorescentie, 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 kweekflessen. 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 kweekflessen 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:

MA

AIK

E R

OE

FS

FO TO : W

I K IMED I A

FO

TO:

XP

AN

D

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 specialiseren 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:

XP

AN

D

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen

DCTIDCTI

102 103

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 flinterdunne “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

DCTIDCTI

104 105

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier

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

DCTIDCTI

107106

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 bloedsuikerspiegel 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 alvleeskliertransplantatie. 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 alvleesklieren 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 donoralvleesklier in vorm

tekst: Rineke Voogt beeld: Marjolein Leemkuil

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 transplanteren 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 effici-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.”

DCTIDCTI

109108

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 donoralvleesklieren 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.”

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.

DCTIDCTI

111110

Na transplantatie werken de eilandjes van Langerhans nog niet optimaal. Waarom wordt die behandeling toch uitgevoerd?“Omdat behandeling vaak wel effectief 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 effectiviteit 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 donorcellen 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 definitieve 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

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

Help het lichaam zichzelf te herstellenNIRM

Wat kapot gaat, moet gerepareerd worden. Zo ook

in ons lichaam. Waar het lichaam het zelf niet kan,

probeert regeneratieve geneeskunde te helpen.

NIRMNIRM Infographic

115114

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.


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.

NIRMNIRM Interview

117116

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.

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

NIRM Case studyNIRM

119118

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 functionerende 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

Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel

tussen cellen. Als die vesikels je eigen kraakbeencellen 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.”

NIRMNIRM

121120

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 mate-riaal – een soort plastic – blijkt dat je er allerlei stoffen aan zou kunnen ophangen.

6 De scaffold wordt voor-zien van moleculen die monocyten – een bepaald type witte bloedcellen – uitnodigen zich in de scaffold te nestelen.

7 Door de lokstoffen kolo-niseren witte bloedcellen de scaffold.

8 Door de aanwezigheid van de witte bloedcellen wordt de scaffold lang-zaamaan verstevigd met collageen.

9 Terwijl de scaffold wordt afgebroken, neemt lichaamseigen weefsel de functie over.

10 Het lichaam heeft de oude, defecte klep vervan-gen door nieuw materiaal.

Dat moet anders kunnen, dachten Bouten en collega’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 ont-popt 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 bloedvaten 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 uitdaging 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.”

NIRMNIRM Interview/case study

123122

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.

tekst: Elles Lalieu beeld: UMC Utrecht

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

NIRMNIRM

125124


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 microkweekbakjes. 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.

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.

NIRMNIRM

127126

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.”


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.

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.

NIRMNIRM Case study

129128

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.”

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.

NIRMNIRM

131130

tekst: Elles Lalieu

Beeldreportage

Stamcellen overleven op synthetische hydrogelHet ziet eruit als een landschap uit een science- fictionfilm, maar dit is een detail van een natuurlijke 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 identificeren 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.”

NIRM

Testmedium A

Testmedium B

NIRM Infographic

133132

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 kweekfles 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 onderzoek op dezelfde manier als de tissue engineers doen: ergens uit het lichaam worden stamcellen weggehaald. Buiten het lichaam worden deze stamcellen opgekweekt, waarna de onderzoekers ze laten differentiëren 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 beginnen, maar eens de juiste stamcellen. 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 aandoeningen waar al medicij-nen voor bestaan, maar waarbij de variatie in hoe patiënten op die medicijnen reageren groot is. De ene hartpatiënt 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 effect het geneesmiddel heeft.


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.

NIRMNIRM

135134

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.”

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

NIRM Case studyNIRM

136 137

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

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:

MA

RTT

I M

AIM

ETS

Nooit meer droge beschuitjes

NIRM

139138

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 testmodel 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:

BE

RE

ND

VA

N D

ER

ME

ER

(L

UM

C)

FO

TO:

RE

NÉ

DE

N E

NG

EL

SM

AN

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:

RE

NÉ

DE

N E

NG

EL

SM

AN

FO

TO:

CH

RIS

TIN

E M

UM

ME

RY

FO

TO:

GU

IDO

GE

RD

ING

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs

NIRM

141140

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:

DE

NK

ER

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:

JEF

FR

EY

M.

VIN

OC

UR

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 K

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:

HE

LL

ER

HO

FF

NIRMNIRM Interview

143142

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 wetenschappelijk 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 scaffold (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

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 regeneratieve 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.”

Case study NIRM Case studyNIRM

144 145

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

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

NIRMNIRM

147146

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 voorbeelden 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

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

149

Life Sciences & Health (LSH) is een van de negen “top-sectoren” in Nederland. De topsectoren werden door het Ministerie van Economische Zaken geselecteerd op hun vermogen om een wezenlijke bijdrage te leveren aan de mondiale maatschappelijke uitdagingen. Het bureau van Life Sciences & Health is ondergebracht bij Health~Holland.De topsector LSH omvat een breed scala aan discipli-nes, van farmacologie tot medische technologie, en van de gezondheidszorg-infrastructuur tot vaccinatie. Om haar missie te realiseren – vitale burgers in een gezonde economie – bouwt de topsector voort op de sterke pun-ten van de voormalige sector Life Sciences & Health om de grootste maatschappelijke uitdagingen in preventie, behandeling en zorg aan te pakken: het verbeteren van de kwaliteit van leven (vitaliteit) en tegelijkertijd de kos-ten van de gezondheidszorg beheersbaar houden.Op 18 december 2009 werd het onderzoeksvoorstel van LSH-FES gehonoreerd met een FES-bijdrage van 81 mil-joen euro door de Nederlandse overheid. Die bijdrage verdubbelde bijna de investering van 95,4 miljoen euro door bedrijven, universiteiten en andere organisaties. Het voorstel werd ingediend door zes onderzoekscon-sortia: tEPIS, Cyttron II, NeuroBasic PharmaPhenomics, Virgo, het Dutch Stem Cell Initiative (DCTI) en het Netherlands Institute of Regenerative Medicine (NIRM).

Contact: www.health-holland.com, 070-3495404

René Rector

onderaan

Contact: www.cyttron.org

151150

Partners

Academisch Medisch Centrum Amsterdam www.amc.nl

TU Delft www.tudelft.nl

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

FEI Electron optics bv www.fei.com

Universiteit Leiden www.leidenuniv.nl

Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl

Maastricht University www.maastrichtuniversity.nl

Naturalis Biodiversity Center www.naturalis.nl

Nikon Instruments Europe bv www.nikoninstruments.eu

Pepscan Therapeutics bv www.pepscan.com

Philips Electronics Nederland bv www.philips.nl

Science and Technology Facilities Council www.stfc.ac.uk

Universiteit Utrecht www.uu.nl

Virtual Proteins bv (tot december 2013)

Begrijpen hoe veranderingen op moleculair niveau van invloed zijn op de gezondheid van de mens is essentieel om nieuwe diagnostische hulpmiddelen en behandelingen te kunnen ontwikkelen. Dit begrip vergt een alles- omvattend beeld – van moleculen via cellen en organen, tot organismen. Huidige bioimagingtechnieken zijn echter beperkt tot één niveau. In Cyttron II werken veertien academische en industriële partners samen om dit probleem te verhelpen. Cyttron II ontwikkelt diagnostische instrumenten en bewerkstelligt de integratie van de gegevens van elkaar aanvullende bioimagingtechnologieën om het hele plaatje, op alle niveaus, te begrijpen en te overzien.

In de conventionele pathologie staan preparaten (microscoopglaasjes) centraal, en om bevindingen met vakgenoten te delen moeten (klinisch) onderzoekers fysiek bijeen komen of preparaten moeten opgestuurd worden. Dit is een inefficiënte en tijdrovende manier om onderzoek te doen en brengt de breekbare en soms onvervangbare pathologische monsters in gevaar tijdens het transport. Het tEPIS-project streeft ernaar dit proces te verplaatsen naar de online wereld, door het opzetten van een online platform voor de opslag en uitwisseling van gedigitaliseerde pathologie-opnamen. Een dergelijke omgeving stelt onderzoekers in staat om preparaten te onderzoeken vanuit hun eigen werkplek en data-analyse uit te voeren op preparaten uit andere studies.

Partners



Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl

VU medisch centrum www.vumc.nl

Philips Electronics Nederland bv www.philips.nl

Contact: Jan-Willem Boiten, [email protected], 06-18639236 Nikolas Stathonikos, [email protected], 088-7556563

AIMMTherapeutics

PharmaPhenomics

153152

VIRGO heeft als doel een beter begrip te krijgen van de belangrijkste acute en chronische virale ziekten zoals influenza, hepatitis en aids. Deze virale ziekten komen het meest voor. We bestuderen de wisselwerking tussen virussen die deze ziekten veroorzaken en de gastheer op moleculair en fysiologisch niveau.

Partners

AIMM Therapeutics www.aimmtherapeutics.com


Bristoll-Myers-Squibb www.bms.com


F. Hoffman-La Roche Ltd. www.roche.com

Gilead Sciences Nederland bv www.gilead.com

GlaxoSmithKline www.gsk.com

Universiteit Leiden www.leidenuniv.nl

Leiden University Medisch Centrum www.lumc.nl

Netherlands Proteomics Center www.netherlandsproteomicscentre.nl

Novavax www.novavax.com

Psynova Neurotech psynova.com




Partners


Vrije Universiteit Amsterdam www.vu.nl


Wageningen Universiteit www.wageningenur.nl

Nederlands Herseninstituut www.herseninstituut.knaw.nl

Delta Phenomics bv

Griffin Discoveries bv www.griffindiscoveries.com

Neurasmus bv www.neurasmus.com

Noldus Information Technology bv www.noldus.com

PsyNova Ltd. www.psynova.com

Synaptologics bv www.sylics.com

NeuroBasic PharmaPhenomics is een Nederlands publiek-privaat consortium dat werkt aan de volgende generatie geneesmiddelen voor hersenaandoeningen. Centraal in de benadering staat het op grote schaal en met hoge snelheid kunnen ontwerpen en testen van mogelijk werkzame stoffen die als basis kunnen dienen voor een geneesmiddel tegen hersenaandoeningen. Meer begrip van complexe signaaltransductieroutes heeft geleid tot de identificatie van een groot aantal kandidaat-genen voor grote hersenaandoeningen en het ontwikkelen van specifieke muismodellen. Deze nieuwe modellen maken efficiënter preklinisch onderzoek naar neurologische en psychiatrische ziekten mogelijk, en uiteindelijk ook nieuwe behandelingen voor menselijke patiënten.

Contact: Arjen Brussaard, [email protected], 020-5987003

René Rector

bij de andere consortia staat Centrum er nog achter

René Rector

groningen erachter

155154

Partners

Diabetes fonds www.diabetesfonds.nl

Galapagos www.glpg.com


Polyganics www.polyganics.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], 053-4892153Contact: www.virgo.nl, [email protected], 010-7044770

Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu www.rivm.nl

UMC Utrecht www.umcutrecht.nl

ViroClinics Biosciences www.viroclinics.eu

Vironovative www.vironovative.com

Thermo Fisher / Dionex www.dionex.com

René Rector

groningen erachter

PMS 130 / PMS 369 / black

full color on a light background

full color on a dark background

in black & white

157156

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


Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (Hubrecht Instituut) www.hubrecht.eu

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 Ltd www.absea-antibody.com

Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdam www.acta.nl

Araim Pharmaceuticals, Inc. www.araimpharma.com

Arcarios bv www.arcarios.com

ASkin Nederland www.a-skin.nl

Beckman Coulter Nederland bv www.beckmancoulter.com

Becton Dickinson Biosciences www.bd.com

Bender Analytical Holding B.V. www.gatt-tech.com

BiOrion Technologies bv www.biorion.com

CellCoTec bv www.cellcotec.com

Encapson bv www.encapson.com

Feyecon Development & Implementation B.V. www.feyecon.com

FlexGen bv piculet-biosciences.com

Harbour Antibodies bv harbourantibodies.com

Hubrecht Organoid Technology hub4organoids.eu

158

ColofonRedactie

Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt

Hoofd/eindredactie

René Rector, Sciencestories.nl

Vormgeving

Rick Verhoog en Sara Kolster, Parkers

Infographics

Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster

Projectleiding

Giovanni Stijnen, Science Center NEMO

Coördinatie

Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo,

hoofdredactie Kennislink

ISBN 978-90-807981-4-4

Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met Science Center NEMO (uitgever van Kennislink.nl) en Jan-Willem Boiten (tEPIS), Christa Recourt (Cyttron II), Annemieke Steenbergen (NeuroBasic PharmaPhomics), Paul Huber (Virgo), Margot Beukers (DCTI), en Marja Miedema en Miriam Boersema (NIRM)

Kijk voor actuele informatie over de onderwerpen

in deze uitgave op: www.kennislink.nl



Rijksuniversiteit Groningen www.rug.nl

Stichting Het Nederlands Kanker Instituut www.nki.nl

Technische Universiteit Eindhoven www.tue.nl



Universiteit Twente www.utwente.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

René Rector

groningen erachter

René Rector

René Rector

omdraaien

René Rector

omdraaien

René Rector

aanpassen aan ‘kleine colofonnetjes’

René Rector

Herman Verheij toevoegen

Documents

Diagnose, medicijnen, herstel