Diagnose, medicijnen, herstel by iljavandam

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 uiteenlopend 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, medicijnen, herstel

‘Diagnose, medicijnen, herstel’ doet verslag

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

Diagnose, medicijnen, herstellen LSH-FES: ONDERZOEK OM WETENSCHAP DICHTER BIJ DE PATIﾃ起T TE BRENGEN

Amsterdam 2016

LSH - FES

Inhoud LSH-FES Introductie

NEUROBASIC – De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten 7

Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten

Life Sciences & Health: kennisontwikkeling voor vitale burgers

NeuroBasic in vogelvlucht

Schizofrenie behandelen begint bij begrip

TEPIS – Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoek tEPIS in vogelvlucht

Muizen met epilepsie

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

Pathologen gaan in de cloud

‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’

Zestienduizend foto’s vergelijken

VIRGO – Virusinfecties: beter begrepen, beter bestreden

Volg de immuunrespons in stapjes

CYTTRON II – Bioimagingtechnologie voor een betere diagnostiek Google Earth tot in de cel: ‘Zo ziet het er bij jou ook uit’

Model immuunsysteem beter door slim combineren data Viruskillers ook economisch succesvol

Snotterende dromedarissen verspreiden dodelijk virus

Maximaal inzoomen zonder risico

Oppepper voor een uitgeput afweersysteem

Microscoopglaasjes gaan digitaal

Gluren door het sleutelgat: Een kakofonie van genactiviteit

Een moleculaire kaart van het weefsel Cellen in 3D

De uitdaging zit in het juiste berekening

Cyttron II in vogelvlucht

‘Onschuldig’ mazelenvirus brengt je afweer om zeep

Ziekenhuis of niet? Je genen bepalen het

‘De mens is de uitdaging, niet de techniek’

Vaccins werken niet als je ze op de plank laat liggen

LSH - FES

Inhoud

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs

DCTI – Op weg naar genezing van diabetes type 1

138

Leverschade herstellen met eigen cellen Diabetes type 1: op weg naar genezing

92 Bloedcellen met een streepjescode

DCTI in vogelvlucht

142

145

94 Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde?

Gezocht: cel voor insulineproductie

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen

100

Partners

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier Pomp houdt donoralvleesklier in vorm

102

106 tEPIS

Eerste tests versus laatste strohalm

150

110 Cyttron II NeuroBasic

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

Virgo

153

DCTI

155

NIRM

156

122 Colofon

128

Stamcellen overleven op synthetische hydrogel Herstellen met stamcellen

152

119

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen Bouw een testkit op maat

151

132

Nooit meer droge beschuitjes

134

Maak je eigen onderzoeksmateriaal

137

130

159

146

LSH - FES

Voorwoord Herman Verheij, LSH-FES SECTORCOÖRDINATOR

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 onderzoeksgroepen, 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 ontwikkelingen in de diverse vakgebieden. Ik wens u dan ook veel leesplezier!

LSH - FES

Introductie 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.

Nederland heeft een excellente kennisbasis en top-

teuren van de topinstituten Center for Translational

wetenschappers. Door samen te werken met bedrij-

Molecular Medicine (CTMM), Top institute Pharma

ven, gezondheidsfondsen, patiënten(organisaties),

(TI Pharma), het Biomedical Materials Programma

overheid en andere organisaties worden nieuwe

(BMM) en het Netherlands Genomics Initiative

oplossingen gerealiseerd: betere diagnostiek, slim-

(NGI), heeft mede de basis gelegd voor de Topsector

mere medicijnen, manieren om weefsel te helpen

Life Sciences & Health.

herstellen, alsmede nieuwe diensten en services ten behoeve van preventie en zorg. In toenemende mate

Het programma werd in 2009 zorgvuldig samen-

bestaan preventieve en therapeutische interventies

gesteld vanuit de gedachte dat Nederland op

uit combinaties van bovengenoemde oplossingen.

verschillende vakgebieden binnen de gezondheidssector dicht bij de vaak zo moeilijke stap richting

De samenwerkingsverbanden die in dit boek

patiënt was, en dat een subsidieprogramma precies

hun resultaten presenteren zijn voorbeelden van

het goede duwtje in de rug zou zijn om die stap te

publiek-private samenwerking op het gebied van

maken en tegelijkertijd de samenwerking tussen

onderzoek en ontwikkeling. De gepresenteerde

wetenschappelijk onderzoekers en bedrijfsleven

projecten zijn, naast bijdragen van de betrokken

duurzaam te verstevigen.

partners, mede gefinancierd vanuit de aardgasbaten (Fonds Economische Structuurversterking, FES)

Op het terrein van diagnostiek zijn twee clusters

van de Nederlandse overheid in het zogenoemde

van onderzoek die aanhaken op die gedachte: tEPIS

“LSH-FES-programma”. Dit programma, ontwik-

en Cyttron II. Beide onderzoeksprogramma’s beogen

keld onder leiding van de (wetenschappelijke) direc-

middels technologische vernieuwing de diagnostiek

LSH - FES

Life Sciences & Health: kennisontwikkeling voor vitale burgers

te vereenvoudigen. tEPIS richt zich op infrastructuur

onele manier een hachelijke onderneming blijft.

Daarnaast is het een sector met een grote economi-

rende burgers in een gezonde economie. Enkele

voor diagnostiek van pathologie, Cyttron II op bio-

Hier past een heel nieuwe manier van geneeskunst.

sche betekenis: kennisintensieve werkgelegenheid

in dit boek beschreven voorbeelden van zulke

imagingtechnieken.

Het Diabetes Cell Therapy Initiative (DCTI) en het

en nieuwe bedrijvigheid, groeiende import en export

innovaties zijn het dichterbij brengen van de

Netherlands Institute for Regenerative Medicine

en grote investeringen vanuit buitenlandse bedrij-

mogelijkheden van transplantatie van eilandjes

Een stap verder in het behandelproces stuiten artsen

(NIRM) zoeken naar alternatieve therapieën voor

ven. De combinatie van een maatschappelijk,

van Langerhans, en het identificeren en het ont-

bij patiënten met verschillende aandoeningen op

bestaande aandoeningen. Patiënten met diabetes

wetenschappelijk en economisch belang maakt

wikkelen van een vaccin tegen het MERS-virus.

de afwezigheid van een goede remedie. NeuroBasic

type 1 zijn aangewezen op het spuiten van insuline.

het des te belangrijker om te zorgen voor sterke

Pharmaphenomics bouwt voort op de kennis die

Door te proberen alvleeskliertransplantatie en het

publiek-private samenwerkingsverbanden waarin

Health~Holland richt zich naast publiek-private

in de voorloper van het onderzoeksprogramma,

kweken en transplanteren van de eilandjes van

deze belangen bijeengebracht worden.

onderzoeksprojecten op belangrijke sectordoorsnij-

NeuroBSIK, was opgedaan. In dat programma dach-

Langerhans te verbeteren wil DCTI de kwaliteit

ten onderzoekers een methode uit om medicijnen

van leven van deze patiënten verbeteren. Bij NIRM

Innovatieve kracht

de human capital agenda, die 1moet bijdragen aan

tegen tal van hersenziekten überhaupt te kunnen

wordt onderzocht in hoeverre het buiten het

De topsector Life Sciences & Health bouwt mede

een toekomstbestendige workforce van voldoende

testen in modellen – iets dat tot nu toe nauwelijks

lichaam opkweken van lichaamseigen celmateriaal

voort op de successen van het LSH-FES programma

goed opgeleide en ondernemende arbeidskrachten.

mogelijk was. In PharmaPhenomics zet het consor-

een oplossing kan zijn als het lichaam zelf niet

onder de vlag “Health~Holland”. Eén van de

Een ander voorbeeld is de samenwerking met andere

tium een stap verder, waardoor verschillende veel-

meer herstelt.

grootste maatschappelijke uitdagingen waarop

topsectoren zoals Agrofood, Chemie, Energie, HTSM,

Health~Holland zich concentreert is hoe we kunnen

Logistiek en ICT, en ook met de Creatieve industrie

belovende medicijnen tegen tal van hersenziekten

dende en -overstijgende thema’s. Een voorbeeld is

nu klinisch getest kunnen worden. Onderzoekscon-

Nieuwe bedrijvigheid

komen tot een toekomstbehendig zorgsysteem,

(CLICK NL) waarmee bijvoorbeeld gewerkt wordt

sortium Virgo heeft als doel de geheimen van het

Met het benoemen van Life Sciences & Health als

dat steeds betere gezondheid en gezondheidszorg

aan oplossingen om ouderen met dementie langer

immuunsysteem verder te ontrafelen, om er zo

topsector heeft de Nederlandse overheid een belang-

realiseert, voorziet in oplossingen voor de groeiende

zelfstandig te laten functioneren in hun thuis- en

achter te komen wat er in detail gebeurt bij een

rijke stap gezet in de erkenning van de bijdragen

zorgvraag en dat tegelijkertijd bemensbaar en

leefomgeving.

virusinfectie en er adequate interventiestrategieën

vanuit deze sector voor zowel de economie als de

betaalbaar blijft. De topsector bundelt de innova-

en vaccins tegen te ontwikkelen.

maatschappij. Het is een unieke sector die aan de

tieve kracht van academie, bedrijfsleven en overheid

Er zijn ook aandoeningen waarvan we weten dat het

ene kant bijdraagt aan nieuwe oplossingen voor iets

van Nederland om tot slimme, gezamenlijke, oplos-

ontwikkelen van een goede therapie op de conventi-

dat ons allemaal aangaat: onze gezondheid.

singen te komen die bijdragen aan vitaal functione-

Digitale infrastructuur voor pathologisch onderzoek TEPIS

Pathologen bestuderen weefsel onder de microscoop. Samen kijken maakt grootschalig onderzoek mogelijk. tEPIS neemt de belangrijkste hobbel in samenwerking weg: de logistiek.

TEPIS

Infographic tekst: René Rector beeld: Parkers

tEPIS in vogelvlucht

+ -

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.

Nieuw

3 Met behulp van een

4 Het levert een gedigitali-

5 tEPIS moest twee belang-

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

seerde coupe op. Om op afstand te kunnen samenwerken moet het beeld via internet tussen twee plaatsen uitgewisseld kunnen worden.

rijke uitdagingen overwinnen: beveiliging en het uitwisselen van de immense scanbestanden via internet.

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

4 Samen kijken betekent:

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

Oud

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

microscoopglaasjes meenemen. 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 studiemateriaal moeilijk toegankelijk. Resultaten van een studie beperken zich meestal tot Excel-files en foto-opnames.

TEPIS

Introductie

TEPIS tekst: René Rector beeld: Gwen Dackus

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

Pathologen gaan in de cloud 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.

FOTO: PHILIPS

pathologen lastig. Hun object van studie bestaat uit

FOTO: WILLY VAN BRAGT

Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor

Traditioneel kun je alleen samen naar een preparaat

Pathology Image Sharing-systeem, bouwt voort

mamanager van het overkoepelende TraIT-consor-

kijken met behulp van een zogenoemde multikop:

op een recente technologische ontwikkeling: het

tium: “Vergelijk het met Google Earth. Als je dat

een microscoop met twee sets kijkvensters. Even

kunnen scannen van microscoopglaasjes. Preparaten

opstart, zie je afhankelijk van je locatie je eigen land

digitaal een bestandje mailen zit er niet in: tot een

zijn vaak minder dan een vierkante centimeter, maar

in beeld. Ga je zoomen, dan stuurt Google je gede-

paar jaar geleden bestond er geen scanner die gede-

recente scanners (zoals bijvoorbeeld ontwikkeld

tailleerdere informatie. Wil je weer meer overzicht,

tailleerd genoeg een heel preparaat kon scannen.

binnen het Cyttron II-consortium. Zie ook Micro-

dan krijg je weer een nieuwe uitsnede.”

Een foto van een preparaat is al gauw twintig GB

scoopglaasjes gaan digitaal) kunnen die vierkante

groot en dat zet je niet even op de mail. Bovendien:

centimeter scannen op een duizelingwekkend drie-

Was het uitwisselen van grote bestanden vooral een

alles wat een connectie heeft met internet is gevoelig

duizend Megapixelformaat. Coupescanners leveren

technisch probleem, onderzoekers hebben ook de

voor informatielekken, en de informatie die weefsel-

digitale beelden, die anders dan microscoopglaasjes

(anonieme) gedetailleerde beschrijving van de bijbe-

coupes bevat is privacygevoelig.

niet kunnen breken, kwalitatief niet achteruit gaan

horende patiënt nodig. Dat brengt risico’s met zich

en kopieerbaar zijn. Maar die beelden zijn niet alleen

mee voor de privacy van de patiënt. Daarom wordt de

heel gedetailleerd... ze zijn ook enorm groot.

herkomst van de scans apart van de scans zelf opge-

3.000 Megapixel “Beveiliging en de omvang van bestanden waren onze

slagen. Op die manier wordt het risico dat een hacker

grootste uitdagingen”, vertelt Nikolaos Stathonikos,

Medische gegevens

uit de cloud medische gegevens van meneer Pietersen

ICT-specialist bij de pathologieafdeling van het Uni-

“Je kunt dat soort beelden normaliter niet met elkaar

kan peuteren minimaal. Stathonikos: “Wat het web

versitair Medisch Centrum Utrecht en projectleider

delen via het web”, stelt Stathonikos. “Hoe snel je

op gaat, is niet tot patiënten herleidbaar. Maar we

van het tEPIS-project. Dit project, waarin patholo-

verbinding ook is, even door een preparaat scrollen

hebben, onvermijdelijk, voor een breed scala van

gie-afdelingen van zes universitair medische centra

is er niet bij.” De oplossing is een digitale techniek,

beveiligingsissues een oplossing moeten bedenken.”

en Philips participeren, beoogt om datgene te doen

waarbij alleen het deel wat je wilt bekijken via het

wat tot nu toe onmogelijk was: op afstand preparaten

web op jouw computer belandt. De scan blijft netjes

bekijken, informatie met elkaar te delen om op die

op een server staan. De tEPIS-software berekent

manier grootschalig pathologisch onderzoek logistiek

welk deel van die scan, op welke vergroting, je

sterk te vereenvoudigen. tEPIS, het TraIT Enhanced

computer moet tonen. Jan-Willem Boiten, program-

“Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor pathologen lastig.” 17

TEPIS

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.

Als bij jonge vrouwen borstkanker geconstateerd wordt, volgt

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

veelal een operatie, bestraling en een aanvullende behande-

vrouwen na het verwijderen van de tumor helemaal geen

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

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

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

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

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

op maat geven.”

FOTO’S: WILLY VAN BRAGT

Zestienduizend foto’s vergelijken

te doen.” Omdat de bijwerkingen zo ernstig zijn, is het het uitzoeken Chemo’s die worden gegeven na het verwijderen van een

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

tumor in de borst, hebben nare bijwerkingen zoals osteopo-

zij krijgen vrijwel allemaal chemo, terwijl de onderzoekers juist

rose en overgangsverschijnselen. “Voor jonge vrouwen zijn

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

die bijwerkingen extra vervelend. Zij hebben dikwijls nog een

Het YBCP werkt daarom met bewaard weefsel van 2.500

kinderwens, en in afwezigheid van ziekte zouden zij een

patiënten bij wie tussen 1989 en 2000, destijds jonger dan

levensverwachting van nog tenminste 45 jaar hebben”, stelt

veertig, borstkanker werd geconstateerd.

Gwen Dackus van het Antoni van Leeuwenhoek ziekenhuis.

De uitdaging zit in het juiste berekening Hoe kun je een computer laten herkennen of weefsel onder de

preparaat”, stelt Jeroen van der Laak van het Radboud

microscoop kankercellen bevat? Onderzoekers in de “digitale

Universitair Medisch Centrum. “Terwijl je juist een algemeen

Zij coördineert een grootschalig onderzoek waarin pathologen

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

pathologie” hebben daar een oplossing voor: ze ontwikkelen

bruikbaar algoritme wilt.” In de pathologie worden daarom

kijken of het ook anders kan.

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

algoritmes zodat de computer weet waar hij op moet letten.

voor coupes van verschillende weefsels zogenoemde Grand

dit niet te doen. Als je 16.000 glaasjes logistiek behapbaar

Lastig is alleen wel, dat verschillende algoritmes moeilijk te

Challenges gehouden: een uitdaging aan deelnemers om voor

“Vroeger werd twintig procent van de borstkankerpatiënten

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

vergelijken zijn.

een gegeven set aan coupes een algoritme te schrijven dat

nabehandeld met chemotherapie. In de jaren negentig is het

analyseren, omdat je alles moet opsturen. Dit onderzoek

protocol veranderd en sindsdien wordt tachtig procent van

komt bovenop het gewone pathologenwerk. Niemand heeft

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

samengesteld uit verschillende bronnen. Het klinkt als een

hen met chemo behandeld. Maar de sterfte onder patiënten

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

onderdelen daarvan in een weefselcoupe zichtbaar te maken,

spelletje, maar het is uitermate nuttig: de beste algoritmes

als gevolg van hun ziekte is slechts heel licht afgenom

Dackus. Juist door de nieuwe digitale technologie kan groot

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

komen zo naar boven drijven, en dat brengt het vakgebied

onderzoek nu wel. De coupes werden gedigitaliseerd en zijn

specifieke onderdeel hecht. Maar niet elke patholoog doe die

een stuk verder.

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

kleuring op dezelfde manier. Voor diagnostiek is dat prima,

samen met bijna twintig pathologen, van Italië tot regionale

maar als je preparaten met elkaar wilt vergelijken, bijvoorbeeld

De groep van Van der Laak is november 2015 begonnen met

ziekenhuizen, die naar vermogen de gedigitaliseerde coupes

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

een bijzondere challenge. Doel bij deze challenge is om tot

analyseren.

loog donkerpaars kleurt, kleurt bij de andere nauwelijks roze.

een algoritme te komen dat op basis van lymfeklierweefsels

Vervolgbehandeling

Een geoefend oog kan ook wel microscoopglaasjes lezen die

zich door kanker aangetaste cellen bevinden. Het bijzondere

De resultaten van de analyse verzamelt Dackus eveneens

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

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

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

gie wordt op grote schaal gezocht naar manieren om beelden

scopische preparaten aanbied door alle deelnemers toegang

behoefte van patiënten aan een chemokuur. Dackus: “We

geautomatiseerd te interpreteren, en computers hebben

te geven tot de beelden die zijn opgeslagen in tEPIS.

weten medisch gezien hoe het met deze vrouwen is gegaan.

geen geoefend oog. In het biomedische beeldanalyseonder-

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

zoek zijn er daarom veel publicaties waarin onderzoekers

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

We willen weten wat het verschil, pathologisch en genetisch

claimen dat ze een algoritme hebben ontwikkeld dat micro-

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

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

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

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

overbehandeling, en is de chemo voorbehouden voor die

publicaties blijken, eenmaal geverifieerd door andere onder-

hoe pathologische beelden eruitzien. Juist voor de informatici

vrouwen die er baat bij hebben.”

zoeksgroepen, sterk afhankelijk van de behandeling van het

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

betrouwbaar en efficiënt is. Die set aan coupes is daarbij

FOTO: GWEN DACKUS

van borstkankerpatiënten aan pathologen kan aangeven waar

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

Bioimagingtechnologie voor een betere diagnostiek CYTTRON II

Veel ziekten worden veroorzaakt op moleculair niveau. Beter zicht op elke schaal â&#x20AC;&#x201C; van moleculen tot cellen tot weefsels tot organen â&#x20AC;&#x201C; is daarom essentieel voor genezing.

CY T TRON II

Introductie

CY T TRON II tekst: Joost van der Gevel beeld: Naturalis

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. Zoom in op een volwassen zebravis.

“Raak me aan”, nodigt het scherm uit. Als je dat

wikkelaar van de tentoonstelling. “In die maximale

De samenwerking was een project van het Cyttron II-

onder de microscoop legt. De cellen zien er bijna

doet, blijven er van al die vissen één zebravisje en

vergroting ben je ingezoomd op een foto van acht-

consortium. Dit consortium wil inzicht krijgen in de

hetzelfde uit. En door het fysiek te maken met

een embryo over. Met je handen kun je steeds dieper

honderd bij vierhonderd meter, bijna twee keer zo

manier waarop moleculaire veranderingen doorwer-

zoomen – een principe dat ze kennen – willen we

inzoomen op een doorsnede van het embryo. Het

groot als het Malieveld.”

ken in het lichaam en op de gezondheid, om nieuwe

begrip kweken hoe klein het allemaal is.”

diagnostiek en behandelingen te kunnen ontwikke-

vult al snel het hele scherm. In zwart-wit zie je de organen, de hersenen, spieren, het oog. Je ziet zelfs

Dertigduizend foto’s

len. Data van verschillende beeldvormende technie-

Lichtgevoelige staafjes

een bacterie zo groot als een knikker in de darm. Ver-

De foto is gemaakt in het Leids Universitair Medisch

ken worden daarvoor samengebracht tot één data-

Je kan op iedere willekeurige plek in het visje inzoo-

geleken met de bacterie is de darmcel kolossaal. Als

Centrum (LUMC). Op de afdeling Elektronenmicro-

base met een driedimensionaal totaaloverzicht van

men. Een paar blauwe stippen – hotspots – geven

je nog verder inzoomt, kijk je tot diep in die cellen.

scopie is het zebravisje in een beweegbare houder

moleculair niveau, via de cel, tot het orgaan en het

aan dat er iets te zien is met uitleg erbij. Van Zeeland

Je kunt de mitochondriën – de energieleveranciers –

onder de elektronenmicroscoop gelegd. In een ge-

hele organisme. De Cel Zoomer is illustratief voor dit

zoomt in op de lichtgevoelige staafjes in het oog.

zien, de celkern met het dna, en als kleine bolletjes

automatiseerd proces zijn er in vierenhalve dag van

streven naar het “totaalplaatje”.

“… in jouw ogen zitten ook zulke cellen”, zegt de

de ribosomen die de eiwitten in elkaar sleutelen.

kop tot staart dertigduizend foto’s gemaakt, terwijl

vertelstem uit het scherm. De Cel Zoomer is volgens

precisiemotortjes de houder met het visje miniem

Mens, muis of vis

Van Zeeland ook heel geschikt voor onderwijs. “In

Twee keer het Malieveld

in twee richtingen verschoven voor iedere volgende

Maar waarom stelt Naturalis de Cel Zoomer tentoon?

medische en biologieleerboeken is doorgaans alles

In een verlicht, rond venstertje naast het scherm zijn

opname. Software met een binnen het LUMC ont-

“Dit is de zaal ‘Onderzoek in uitvoering’. We wilden

per orgaan geordend. Hier kun je anatomisch naar

embryo’s van zebravisjes te zien: zwarte puntjes met

wikkeld “stitching”-algoritme, plakte op basis van

het publiek laten kennismaken met de microwereld”,

bijvoorbeeld het hersengebied toe en dan inzoomen.

een glazen staartje eraan, nog geen anderhalve milli-

die onderlinge verschuivingen de beelden nauw-

verklaart Van Zeeland. “Hoe dieper je inzoomt, hoe

Eigenlijk zou iedere universiteit zoiets moeten

meter lang. “Om zo diep in de cellen te kunnen kij-

keurig aan elkaar tot de digitale megafoto. Het grote

meer alle organismen op elkaar lijken. ‘Zo ziet het er

hebben voor het biologieonderwijs.” In het LUMC

ken moet je zo’n embryo vijfhonderdduizend keer

“touchscreen” en de zoomsoftware zijn ontwikkeld

bij jou ook uit’, willen we bezoekers meegeven. Het

wordt een variant op de Cel Zoomer ontwikkeld die

vergroten”, vertelt Ilse van Zeeland, inhoudsont-

in Naturalis.

maakt niet uit of je een mens, muis, vis of ander dier

gebruikt zou kunnen worden in de practica.

CY T TRON II

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

Van groot naar klein

a Zwemmende zebravisjes.

b Zebravisembryo.

c Zebravisembryo.

d Lichtgevoelige cellen in het oog.

e Hersencellen.

Kraakbeencel, het zwarte bolletje is de celkern.

g Darmcellen, met vingerachtige uitstulpingen.

h Een bacterie in de darm.

Dit lijkt ook een cel, maar hier is een onderdeel van een cel zichtbaar: de celkern met DNA.

k De kleine bolletjes zijn ribosomen.

Spiercellen.

Mitochondriën.

CY T TRON II

Infographic tekst: René Rector beeld: Parkers

“Zoomen”

Cyttron II in vogelvlucht

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

De oorzaak van ziektes ligt vaak op moleculair niveau.

gecombineerd worden tot een

Kunnen inzoomen op verschillende structuren – moleculen,

coherente verzameling beelden.

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.

Kleiner kijken Röntgendiffractie werpt zicht op de atoomstructuur van moleculen. Daarvoor moet je ze laten kristalliseren. Maar voor nanokristallen (kleiner dan

Automatiseren

een duizendste millimeter) werkt

Sommige taken van een patho-

deze techniek niet. Cyttron II laat

loog zijn ouderwets handwerk.

zien dat elektronendiffractie de

Een coupemachine die de

structuur van nanokristallen

coupes direct scant, kleurt en

zichtbaar maakt.

een begin met de analyse maakt, maakt het pathologenwerk een stuk efficiënter.

Meer zien met minder “licht” Biologische moleculen maak je zichtbaar met een elektronenmicroscoop. Je “kijkt” met een bundel elektronen. Maar die

Beelden combineren

elektronen beschadigen dat wat je wilt zien. Een nieuwe

Niet alles wat je zou willen zien,

detector, waarmee je minder elektronen

is in een foto te vangen.

nodig hebt om een plaatje te maken,

Door tegelijkertijd een analyse

brengt uitkomst.

te maken met een massaspectro-

3D Weefselcoupes bekijk je normaliter

meter en de beelden te combineren, krijgt een onderzoeker veel meer

in het platte vlak. Een nieuwe scan-

informatie over wat hij ziet: waar

techniek maakt het mogelijk ook op

cellen bezig zijn met delen

weefselniveau een 3D scan te maken.

bijvoorbeeld. 27

CY T TRON II

Case study tekst: Rineke Voogt

Elektronenmicroscoop Titan met ingebouwde camera Falcon.

Maximaal inzoomen zonder risico

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.

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.

Je wilt dus met zo laag mogelijke doses elektronen toch nog voldoende informatie verzamelen. B E E L D : J U L I A N V O N D E R E C K E N / N AT U R E

Wie wil inzoomen op eiwitten, DNA of andere kleine

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.

Structuurbiologen houden zich graag bezig met het

Met een elektronenmicroscoop kun je goed een

“Eigenlijk werkt het niet zoveel anders dan een

ontrafelen van de opbouw van eiwitten en andere

3D-beeld krijgen van een object, wat essentieel is

normale camera – maar dan met elektronen in

ingewikkelde vormen als ribosomen of virussen.

om de vouwing van een eiwit of de mantel van een

plaats van licht”, zegt De Jong. Elektronen die door

De functie van een stof heeft namelijk alles te maken

virus in kaart te brengen.

het preparaat heengaan komen op een chip in de

met zijn vorm. Eiwitten, de werkpaarden van een

camera terecht, die verdeeld is in pixels. Normaal

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.

cel, zijn bijvoorbeeld kunstig gevouwen op een

Elektronenmicroscopen hebben het de afgelopen

zorgt dat voor veel ruis; elektronen, vol energie, zijn

manier die past bij hun functie. Om te begrijpen

decennia een stuk makkelijker gemaakt voor bio-

lastig af te stoppen en raken daardoor verstrooid.

wat ze precies doen moet je goed weten hoe ze eruit-

logen om onze kleinste bouwstenen te onderzoeken.

Dan kan het gebeuren dat ze niet één, maar meer-

achter elkaar te zetten krijg je een beter beeld.”

zien. Dat geldt ook voor virussen of zelfs medicijnen.

De techniek gaat met sprongen vooruit: tien jaar

dere pixels markeren. In de Falcon is dat opgelost

Bovendien kun je hiermee “de hele soep bekijken”,

geleden was het kleinste detail dat je ermee kon

door de chip heel dun te maken. De Jong legt uit:

zegt Van Heel. “De moleculaire machientjes in je

Dik aluminiumfolie

bekijken nog tien keer zo groot als nu. Tot een paar

“Elektronen gaan erdoorheen, en laten een signaal

preparaat hebben verschillende functionele toestan-

Met het blote oog zijn die stoﬀen niet te zien. Voor

tienden nanometer kun je met een elektronenmicro-

achter dat ze er geweest zijn. Zo verspreiden ze zich

den. Een enzym kan bijvoorbeeld aan een substraat

een lichtmicroscoop zijn ze ook te klein. Een manier

scoop zichtbaar maken; in één nanometer passen

minder”. Door bovendien de camera te koelen, zorg

zijn verbonden om een reactie te versnellen, of al

om ze te kunnen bestuderen is met röntgenstraling,

ongeveer vijf atomen. Ter vergelijking: een bacterie

je voor nog minder ruis.

zijn teruggekeerd in zijn oorspronkelijke toestand.

maar dan moet je eerst een kristalstructuur kunnen

meet zo’n tweeduizend nanometer en aluminium-

maken van het object dat je wilt bestuderen. Dat

folie is tienduizend nanometer dik.

lukt met lang niet elk materiaal. Een andere manier:

Je wilt al die toestanden in 3D kunnen zien.”

Movie-modus Dat de camera een uitkomst is voor onderzoekers

Een directe toepassing van de techniek is ontwik-

de elektronenmicroscoop. Dat apparaat gebruikt

Dunne chips

kan Marin van Heel, hoogleraar Data-analyse voor

keling van medicijnen. Van Heel: “Denk maar aan

elektronen om het voorwerp af te beelden. Een bun-

Er kleven echter twee nadelen aan het gebruik van

cryo-elektronenmicroscopie aan de Universiteit

een antibioticum. Je kunt heel precies zien hoe

del versnelde elektronen wordt in een vacuüm buis

een elektronenmicroscoop voor biologische structu-

Leiden, beamen. “Door de hoge gevoeligheid van

de stof iets bij een bacterie blokkeert. Zo kun je

afgeschoten op het object. Elektronen die door het

ren. “Allereerst bewegen moleculen bij lichaams-

de camera heb je vier keer minder elektronen nodig

gerichter medicijnen ontwikkelen.” Met behulp

preparaat heen gaan worden sterk vergroot, zoals

of kamertemperatuur alle kanten op. Daarnaast

om een goed beeld te krijgen. Een ander voordeel

van de Falcon kan ook een virus als HIV nog beter

dia’s in een projector, en vervolgens geregistreerd en

worden objecten snel kapot geschoten door elektro-

is de ‘movie-modus’: je kunt tien plaatjes van je

in kaart worden gebracht, om beter te begrijpen

vastgelegd in een beeld met behulp van een camera.

nen”, zegt Frank de Jong, directeur Partnerships van

object maken in een seconde. Door die beelden

hoe het virus zich gedraagt.

CY T TRON II

Inter view tekst: Elles Lalieu

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

CY T TRON II

Pathologie speelt een cruciale rol in het bepalen van

Dat kan nu voor een redelijke prijs. Soms is het zelfs

het ziektebeeld, met name bij diagnose van kanker.

al goedkoper dan het opslaan van microscoopglaas-

Verdachte weefselmonsters worden met een micro-

jes in een archief, zoals dat nu gebeurt”, vertelt

scoop onderzocht om te bepalen of het tumorweefsel

Verhagen.

Microscoopglaasjes gaan digitaal

kwaadaardig is. Aan de hand daarvan brengt de patholoog advies uit over de behandeling van de

“Bladeren” door weefsel

patiënt.

Imagingspecialist Jelte Vink van Philips was verantwoordelijk voor de ontwikkelingen aan het digitale

“De microscoop blijft natuurlijk een fantastisch

pathologiesysteem. “Het apparaat was er al. Wat

apparaat, maar er zitten nadelen aan de logistiek van

we de afgelopen vier jaar met name gedaan hebben,

preparaten op glas”, vertelt Dirk Verhagen, onder-

zijn updates van de software waardoor het mogelijk

zoeker en ontwikkelaar bij Philips. “Je kunt beelden

wordt om beelden naast elkaar te leggen of op

kwijt raken, bijvoorbeeld doordat glaasjes breken of

dezelfde plek in een preparaat naar verschillende

doordat je het preparaat doorstuurt naar een specia-

kleuringen te kijken”, legt hij uit. Verhagen kan

list voor een consult.” Om de opslag en het delen

dit direct demonstreren met beelden die eerder

van pathologische beelden makkelijker te maken,

op de computer zijn opgeslagen. Stel; de arts heeft

ontwikkelde Philips als onderdeel van het Cyttron

een stukje weefsel weggenomen bij een patiënt en

II-onderzoeksprogramma de IntelliSite digitale

wil graag weten of het een tumor is en hoe die tumor

pathologie-oplossing. Het systeem bestaat uit een

dan groeit. De patholoog maakt hele dunne plakjes

glaasjesscanner, een beeldbeheersysteem en soft-

van het weggenomen weefsel en prepareert die alle-

ware waarmee de patholoog de beelden kan delen

maal op een eigen glaasje. Door de glaasjes één voor

en beoordelen.

één te bekijken, valt iets te zeggen over de locatie

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.

van de tumor. Bijvoorbeeld of hij oppervlakkig zit

Behoorlijke datavolumes

of juist diep in het weefsel.

In het bezoekerscentrum in Best demonstreert

glaasje zijn de celranden aangekleurd met roze en

Herceptin) kan consequenties hebben voor het

de celkernen met blauw-paars. “Met zo’n kleuring

functioneren van het hart. Dus dat wil je niet zomaar geven aan een patiënt die het niet nodig heeft.”

Verhagen hoe het systeem werkt. Hij plaatst een

“Na het scannen van de glaasjes kun je beelden naast

kun je zien of je te maken hebt met kanker”, vertelt

microscoopglaasje in de scanner, doet de deur dicht

elkaar leggen en ook aan elkaar linken”, legt Verha-

hij. “Het weefsel ligt dan niet mooi geordend, maar

en drukt op “start”. Ongeveer een minuut later is

gen uit. “Virtueel kun je de verschillende plakjes dus

toont een wildgroei van cellen. Gebieden die hele-

Centraal scannen

de scan klaar. De eerste scanners deden een halfuur

weer op elkaar leggen en zo als het ware door het

maal blauw-paars lijken te kleuren, markeren het

Het naast elkaar leggen en linken van beelden is

over zo’n glaasje. Deze scanner kan driehonderd

weefsel heen ‘bladeren’. Dan kun je met veel grotere

tumorweefsel.”

iets dat met losse microscoopglaasjes niet mogelijk

glaasjes in vijf tot acht uur verwerken. “Dat maakt

precisie zeggen hoe een tumor bijvoorbeeld in de

dat scannen aantrekkelijk is geworden voor patho-

diepte groeit.”

logisch onderzoek”, vindt Verhagen.

is. Daarnaast heeft het digitale pathologiesysteem Op het tweede glaasje is een bruine kleuring

nog een belangrijk pluspunt: het delen van beelden

gebruikt, die aangeeft of een patiënt ontvankelijk is

is heel makkelijk. “Er zijn wel microscopen waar je

Gevoelige tumorcellen

voor hormoonbehandeling. Wat je aan dit voorbeeld

met twee tot tien personen tegelijkertijd naar het-

Niet alleen de duur van het scannen is flink naar

Bij het prepareren van microscoopglaasjes krijgt

ziet, is dat de gebieden die op het eerste glaasje

zelfde preparaat kunt kijken, maar dan moet je nog

beneden gebracht, ook de opslag van de beelden die

ieder plakje weefsel zijn eigen kleuring. En met

blauw-paars kleurden op het tweede glaasje bruin

steeds met z’n allen om tafel zitten”, zegt Verhagen.

eruit rollen is nu betaalbaar. “Afhankelijk van wat je

iedere kleuring kun je verschillende dingen aanto-

kleuren. Dat betekent dat deze patiënt tumorcellen

Binnen het LSH-FES-onderzoeksproject tEPIS is

precies scant, komen er databestanden uit variërend

nen. Met de computer kun je nu heel precies twee

heeft die ontvankelijk zijn voor hormoonbehande-

gewerkt aan een oplossing om opgeslagen beelden

van 0,5 tot 4 of 5 gigabyte (GB). Dat zijn behoorlijke

verschillende kleuringen van hetzelfde gebied naast

ling. Verhagen: “Dat is belangrijk om te weten, want

overal beschikbaar te maken. Het enige dat je nodig

datavolumes, die je allemaal ergens moet opslaan.

elkaar leggen. Verhagen laat het zien. Op het eerste

dergelijke chemotherapie (bijvoorbeeld het medicijn

hebt, is een internetbrowser. Twijfel je over een

CY T TRON II

Microscoopglaasjes gaan digitaal

CY T TRON II

Case study tekst: Elles Lalieu beeld: Imabiotech

Philips heeft op dit moment al veel digitale pathologiesystemen verkocht. Ze staan onder andere in Nederland, België, Duitsland, Engeland, Oostenrijk, de Verenigde Staten en Singapore. Ze worden gebruikt voor diagnostiek en onderzoek. “Een

Een moleculaire kaart van het weefsel

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’.”

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.

Beelden sorteren

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

Met het digitale pathologie systeem kan nu al meer

Deze techniek heet imaging massaspectrometrie.

beschikbaar voor een groot aantal patiënten”,

dan met een microscoop, maar het apparaat moet

Imaging massaspectrometrie komt van pas bij alle

vertelt McDonnell.

in de toekomst nog veel slimmer worden. Onder-

aandoeningen waarbij moleculaire veranderingen

zoekers zijn hard bezig om honderdduizenden oude

een rol spelen. Je kunt bijvoorbeeld kijken naar de

En dat is belangrijk, want moleculaire veranderin-

microscoopglaasjes uit archieven te digitaliseren.

locatie van neurotransmitters in de hersenen van

gen kunnen behulpzaam zijn bij het stellen van een

“We weten al wat er met die patiënten is gebeurd en

muizen of naar de verdeling van bepaalde moleculen

diagnose of het vaststellen van een prognose voor

daar kunnen computers van leren”, legt Verhagen

die als medicijn kunnen dienen. Er zijn ook meer

patiënten. Door individueel naar de samenstelling

uit. “Misschien is het wel zo dat het vetweefsel bij

diagnostische mogelijkheden, bijvoorbeeld bij

van moleculen in het weefsel te kijken, kan een

preparaat, dan kun je direct een patholoog aan de

een bepaald type tumor anders groeit. De patholoog

kanker. Een delende kankercel ziet er op het oog

behandeling beter op de patiënt worden afgesteld.

andere kant van het land inschakelen. Dat is redelijk

heeft daar waarschijnlijk nooit zo naar gekeken

hetzelfde uit als een kankercel die bijna doodgaat,

Daardoor wordt deze gecombineerde scantechniek

revolutionair.

omdat hij geen voorbeelden van hetzelfde tumortype

maar de chemische inhoud van die twee cellen is

een stuk eenvoudiger praktisch toe te passen.

uit het archief kan halen om ze naast elkaar te

heel anders.

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.

Het delen van beelden maakt mogelijk dat prepare-

onderzoeken.”

ren van microscoopglaasjes wordt gecentraliseerd.

“Ons systeem analyseert

Als alle beelden overal beschikbaar zijn, heeft

Ook kan de computer het werk van de patholoog

de chemische inhoud van

immers niet iedereen zijn eigen glaasjes meer nodig.

makkelijker maken. Bijvoorbeeld bij het zoeken naar

weefsel met een massaspec-

Volgens Verhagen is die centralisatie kosteneﬀectief;

uitzaaiingen. Verhagen: “De patholoog verwijdert

trometer en koppelt die ana-

het kan tonnen of miljoenen schelen. “Het laborato-

een stukje van een lymfeklier en maakt daar tien

lyse aan microscoopbeelden

rium scant alles in en per casus kan een patholoog

tot vijftig glaasjes van. Die kun je allemaal bekijken,

van hetzelfde weefsel”, legt

worden toegewezen. Binnen de pathologie heb je

maar één ‘hit’ is in principe voldoende om aan te

Liam McDonnell van het

15 tot 25 specialismen, maar die heb je als ziekenhuis

tonen dat er uitzaaiingen zijn. Wat de computer

Leids Universitair Medisch

nooit allemaal in huis. Als de beelden gelijk naar de

kan doen, is een voorselectie maken van de beelden

Centrum uit. “Daardoor

juiste specialist gestuurd worden, krijg je scherpere

zodat de patholoog de meest ‘verdachte’ beelden het

ontstaat een goed inzicht

diagnoses. Bij de veterinaire pathologie zie je dit al

eerst te zien krijgt.”

in de exacte locatie van

gebeuren”, vertelt hij.

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

moleculen in het weefsel.”

CY T TRON II

Beeldreportage

CY T TRON II tekst: Elles Lalieu

Cellen in 3D Binnen de pathologie wordt tegenwoordig gebruik gemaakt van scanners. Meestal zijn dat scanners die een 2D-beeld van het weefsel 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 aantal 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 opgelost 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.

CY T TRON II

Cellen in 3D

CY T TRON II

Procesverslag tekst: René Rector

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.

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

‘De mens is de uitdaging, niet de techniek’ 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 Universiteit Leiden zocht en vond een oplossing. Cyttron I 2006-2010

Het idee achter het project is dat een medisch onderzoeker meer

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 kinderziektes 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.” 38

verbanden kan leggen door beelden 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-

FOTO: COLIN BURNETT

FOTO: SAC SCOTT LEWIS/MOD

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 onzichtbaar zijn. De bedoeling is dat die toevoeging zorgt voor extra informatie die relevant is voor de diagnose van patiënten.”

baar op een röntgenfoto, je

andere. “Paars” hangt af van

pleet vast. Tuurlijk: als iemand

ziet hooguit contouren op een

welke kleuring is gebruikt.

met een doos vol glaasjes met

lichtmicroscoop, en pas bij

Sommige microscopen leveren

coupes van darmweefsel met

een fluorescentie- en confocale

alleen zwart-witbeelden. We

dezelfde kleuring aankomt, kan

microscoop wordt het wat.

proberen aanvankelijk om orde

een computer na het derde glaasje

Een elektronenmicroscoop is dan

te scheppen met technieken die

echt wel slimme suggesties doen.

vaak alweer zo sterk vergrotend,

lijken op technieken die worden

Het gaat mank als je met een

dat je naar een onderdeel van een

gebruikt bij gezichtsherkenning

nieuwe doos glaasjes met een net

organel zit te kijken. En dat is

op foto’s. Dat loopt alleen com-

iets andere kleuring binnenkomt.

niet het enige probleem. “Zwart”

Het moet dus anders. Weg met

betekent in het ene geval iets

de pixels! Taal moet het zijn.

compleet anders dan in het

CY T TRON II

‘De mens is de uitdaging, niet de techniek’

“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 eiwit-

20??

synthese zit te kijken. Of uit-

Het klinkt allemaal mooi: een

zoomen tot de celinhoud zo vaag

computer die verbanden legt

is dat het niet meer in onderdelen

die wetenschappers zelf over het hoofd zien. Maar de menselijke

te zien is. Uiteindelijk moet een computer

We bestuderen gene-ontology,

2014

toch weten wat die vage opeen-

een bestaande ontologie voor

Een doorbraak. Niet zozeer in

De imagingtechniek en de

geslecht bastion. Wat we nog

hoping paars linksboven in beeld

genetica. Al snel komen we

de techniek, maar in het denken

onderzoeker – twee zaken die

niet overwonnen hebben, is

eigenlijk voorstelt, zodat hij een

erachter dat dat zeker bruikbaar

over adequate invoer. Stel,

je in een handomdraai helder

“vakjargon”. Als een structuur-

onderzoeker kan wijzen op de

is, maar we stuiten meteen op

2013

onderzoeker Janssen logt in op

hebt – beperken wat er in beeld

bioloog het over een “atlas”

aanwezigheid van celwoekering.

een netelig probleem: je moet

We proberen een spelelement toe

de database. We weten dan dat

kan zijn. En daarmee ook de tijd

heeft, bedoelt hij iets anders dan

We besluiten te gaan experimen-

elk beeld apart annoteren. Voor

te voegen. Letterlijk: we bouwen

Janssen onderzoek doet naar

die je nodig hebt voor annotatie.

wanneer een topograaf of een

teren met ontologische beschrij-

een paar beelden gaat dat nog

het arcadespel Frogger in in de

cellen in de hersenstam, omdat

Andersom werkt het ook: als

orthopeed daarover praat. We

ving: een set beschrijvende ter-

wel, maar als je tweehonderd

gebruikersinterface, waarbij het

Janssen dat heeft aangegeven

Janssen werkt aan stressrespons

zoeken nu nog naar een manier

men waarbij niet alleen gedefini-

foto’s moet vertalen in een

hoppen naar de overkant (wat

in zijn onderzoekersprofiel.

in zijn hersencoupes, dan geeft

om te voorkomen dat onderzoe-

eerd is wat die termen betekenen,

omvangrijke ontologie, wordt

altijd de bedoeling was van

We weten ook dat Janssen een

de database aanbevelingen

kers volgens hun eigen jargon

maar ook beschreven staat hoe

dat vervelend. Welke onderzoeker

Frogger: spring met een kikker

set beelden wil annoteren die

over beelden die óók gaan over

gaan annoteren zonder dat het

die betekenissen relaties hebben.

is bereid dat te doen?

een rivier over via boomstammen)

afkomstig zijn van een licht-

stressrespons. We ontdekken

duidelijk wordt via welk jargon

Ontologische beschrijvingen

Ons project verschuift van een

eenvoudiger wordt als termen

microscoop. Omdat hij dat eerder

daardoor bijvoorbeeld dat de

dat is. Het succes van Cyttron II

bestaan al heel lang. Zo weten

technisch probleem naar een

waarop je moet “springen”

heeft gedaan, of omdat hij dat aan

stressrespons bij een gist op

wordt in dit opzicht bepaald door

we bijvoorbeeld dat “bladeren”

menselijk probleem. Zoals

geannoteerd zijn. Hiermee leren

de database laat weten. Die twee

moleculair niveau nauwelijks

de eenduidigheid waarmee het

een vast onderdeel is van de ver-

gewoonlijk wordt dat de grootste

we de gebruiker dat annotatie

kenmerken – Janssen, lichtmi-

afwijkt van die van ons.

annoteren gebeurt. Dus ook al

zameling “loofbomen”, categorie

uitdaging.

nuttig en lonend is, en moedigen

croscoop – zijn twee enorm

rondt Cyttron II nu af, de klus is

“onderdelen”. “Eik”, “iep” en

onderzoekers aan goed te annote-

beperkende factoren voor de set

nog niet helemaal geklaard.

“es” zijn onderdelen van die-

ren, door ze na afloop te belonen

aan ontologische elementen die

zelfde verzameling, maar dan

met een spelletje.

Janssen überhaupt kàn annote-

in de categorie “soorten”. Onto-

ren. Hij ziet geen eiwitten, want

logieën hebben clusters, verza-

die zie je niet met een lichtmicro-

melingen en een hiërarchische

scoop. Hij ziet ook geen spiercel-

structuur.

len, want we weten dat Janssen

kant is een nog niet helemaal

hersenonderzoek doet.

De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten NEUROBASIC PHARMAPHENOMICS

Het ontwikkelen van medicijnen voor hersenziekten lukte nooit goed. Goede diermodellen en veel meer inzicht in ziekteprocessen duwen de deur naar behandeling open.

NEUROBASIC

Introductie tekst: René Rector beeld: Parkers

Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten

NeuroBasic startte met iets wat nog geen weten-

De laatste stap voor de klinische tests begonnen,

schappelijk onderzoeker eerder had gehad: een

was misschien wel de spannendste. Want een epi-

proefdiermodel waarop je kan testen. De Zeeuw:

leptische muis kunnen behandelen is één ding. Of

“Nederland was de enige locatie waar je zoveel

het middel ook bij mensen werkt, is altijd nog maar

wetenschappers van zoveel verschillende disciplines

de vraag. “We lijken op muizen. Maar we hadden al

dicht bij elkaar hebt. Er zitten mensen tussen met

eerder gezien dat ook al grijpt een middel in op de

veel verstand van gedrag, van hersenen, zenuwen,

synthese van één bepaald eiwit en is die synthese bij

het limbische systeem, van software, van techniek

de muis gelijk aan die bij de mens, er toch verschil-

om in hoog tempo muizen te screenen zonder stress

len zijn in wat het lichaam doet met een medicijn,

te veroorzaken. Elders in de wereld krijg je de exper-

of met het eiwit”, stelt De Zeeuw. Daarom blijft het

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

Medicijn

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

********

en schizofrenie is immens. Behalve een onderschatte impact hebben die hersen-

genetische defect te bezorgen dat bij mensen tot een

ziektes nog iets gemeen: er bestaat geen medicijn

hersenziekte leidt”, vertelt programmadirecteur en

tegen. Maar dat gaat veranderen, als het aan het

hoogleraar Neurowetenschappen Chris de Zeeuw.

NeuroBasic consortium ligt. Het consortium

“Vervolgens hebben we heel nauwkeurig vastgelegd

ontwierp een methode waardoor je adequaat en

hoe een muis zich afwijkend gedraagt bij de ver-

gericht een stof kunt ontwikkelen die epileptische

schillende hersenziekten. Dat is nodig. Bij ziekten

aanvallen onderdrukt of schizofrenie bestrijdt.

als kanker of hart- en vaatziekten kun je vaak op

Het grote probleem bij hersenziektes is dat medi-

cellulair niveau zien wat er mis is en of je genees-

tise niet voldoende bij elkaar, niet in de academische

spannend tot de laatste klinische trials zijn afgerond.

cijnen op geen enkele manier te testen waren. De

middel iets heeft gedaan. Bij hersenziekten moet

wereld en niet bij de farmaceutische industrie.”

Maar hij acht de kans groot dat NeuroBasic niet

geschiedenis telt tal van ethisch onverantwoorde

je dat afleiden uit het gedrag van een proefdier.”

experimenten waarin mensen als proefkonijn

alleen het proefdieronderzoek naar een nieuw Het was een begin. Met een zieke muis in de hand

niveau heeft getild, maar dat het ook medicijnen

werden gebruikt. In de farmacologie is het testen op

Om het muisgedrag te kunnen vastleggen was veel

was de grote uitdaging binnen NeuroBasic om werk-

gaat opleveren tegen autisme, neurofibromatose1,

proefdieren de regel, maar omdat niemand kon ver-

innovatie nodig: een methode om naar behoefte

zame stoﬀen te ontwerpen voor medicijnen. Daarna

tubereuse sclerose2, epilepsie en schizofrenie.

tellen of een muis schizofreen is of niet, laat staan

genen aan of uit te kunnen zetten, testjes die zorg-

volgde de test op proefdieren, en werd duidelijk

schizofrenie bij muizen kon veroorzaken, was het

vuldig meten in hoeverre een proefdier lijdt aan de

of een medicijn in de dop ook doet wat het moet

ontwikkelen van een medicijn voor een hersenziekte

aandoening die door de genetische mutatie zou

doen. De volgende stap was om duidelijk te

een hachelijke onderneming.

moeten zijn veroorzaakt, en een registratiesysteem

krijgen waarom het medicijn bij de muis wel of

dat van honderden muizen tegelijk het gedrag kan

niet werkte. Soms moesten de onderzoekers terug

vastleggen en analyseren.

naar de tekentafel.

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

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

2 Tubereuse sclerose is meestal een mutatie, met uiteenlopende gevolgen zoals epilepsie, autisme, een verstandelijke handicap, huidaandoeningen en nieraandoeningen.

NEUROBASIC

Infographic tekst: RenĂŠ Rector beeld: Parkers

NeuroBasic in vogelvlucht

10 Het medicijn is klaar.

â&#x201A;Ź

Het ontwikkelen van medicijnen voor hersenziekten lukte nooit

Medicijn

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.

AGG TCC

Epilepsie?

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

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

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

OK? 5 Het medicijn wordt toege4 Op basis van het genetische defect wordt een medicijn ontworpen.

diend aan de muis. Daarna wordt het effect van het medicijn geanalyseerd.

9 Pas dan is het tijd voor een klinische test.

JA NEE

7 Nu moet bepaald waarom het medicijn goed werkt. 6 Als het medicijn niet het gewenste effect heeft, wordt het verfijnd, of gaat de onderzoeker terug naar de tekentafel. 47

NEUROBASIC

Inter view tekst: Rineke Voogt beeld: Michel Mees

Schizofrenie behandelen begint bij begrip Voor mensen met schizofrenie is het dagelijks

In de volksmond wordt schizofrenie soms aangeduid

dagdromen over een gesprek, dan weet ik: dat is niet

leven niet makkelijk. Medicijnen kunnen helpen

als een “gespleten persoonlijkheid”, met talloze

echt, het is een dagdroom. Een schizofreniepatiënt

om de symptomen te onderdrukken, maar de

alter ego’s. In werkelijkheid heeft de ziekte niets

kan zo’n dagdroomgesprek juist als de realiteit erva-

te maken met meervoudige persoonlijkheid, maar

ren. Dat maakt het leven erg ingewikkeld.”

bijwerkingen zijn niet mild. Steven Kushner,

met een gebroken denkproces. Schizofrenie tast

hoogleraar Neurobiologische psychiatrie aan het

de manier van denken aan. Het lopen, praten, eten

Opgeteld bij de vervelende symptomen komt

of slapen is niet anders, maar de patiënt heeft het

ook nog een vervelend stigma van de ziekte, zegt

Erasmus Medisch Centrum zoekt als onderzoeker

fundamenteel lastiger om de wereld om zich heen te

Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’,

binnen NeuroBasic naar alternatieve behandelin-

begrijpen. Kushner: “Wij zien dingen om ons heen

rinkelt er bij de omgeving al snel een alarmbel: hier

en we snappen meteen wat belangrijk is, en wat we

klopt iets niet. We vinden het eng. Terwijl als iemand

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

kunnen negeren; wat echt is en wat niet. Iemand

zichzelf met insuline injecteert, we meteen weten

stap van proefdieren naar de mens is groot.”

met schizofrenie kan dat niet goed. Als ik als gezond

waar het om gaat en vinden we dat misschien

persoon bijvoorbeeld in mijn eentje ben en zit te

oncomfortabel, maar normaal.”

NEUROBASIC

Schizofrenie behandelen begint bij begrip

“Het zijn altijd de bijwerkingen waar patiënten over klagen.” Zo’n half tot één procent van alle volwassenen

De ruimte voor verbetering zit dus vooral in het

heeft schizofrenie. Dat percentage is in elke bevol-

verminderen van de bijwerkingen. “Je zal zelden

kingsgroep gelijk. De ziekte openbaart zich vanaf

een patiënt horen klagen: ik wou dat mijn medi-

het twintigste levensjaar en is chronisch: schizo-

cijn beter werkte. Het zijn altijd de bijwerkingen,

frenie is ongeneeslijk. Er zijn medicijnen, en vol-

die soms zo naar zijn dat iemand liever helemaal

gens Kushner maken die het verschil tussen dag

geen medicijnen neemt”, zegt Kushner.

en nacht. “Voordat er medicatie was, moest een patiënt eigenlijk continu in een psychiatrisch

Binnen NeuroBasic zijn de onderzoekers op zoek

ziekenhuis verblijven, maar dat is gelukkig niet

gegaan naar manieren om medicijnen te verbete-

meer nodig. Toch is het voor patiënten lastig om

ren. Dat deden ze in verschillende stappen.

al hun mogelijkheden te benutten en een gelukkig,

Allereerst moet je een ziekte beter begrijpen.

productief leven te leiden. Medicatie is niet niks.”

Schizofrenie wordt, net als de overgrote meerderheid van ziektes, veroorzaakt door een combinatie

Antipsychotica – de medicijnentypen die de

van genen en wat onderzoekers “levenservaring”

meeste patiënten slikken – resulteren in een ver-

noemen: voeding, leefstijl, ongelukken, omge-

moeidheid die nooit verdwijnt en in afgestompte

ving, et cetera. Maar in welke verhouding genen

emoties. Patiënten worden niet meer heel verdrie-

en levenservaring bepalend zijn, is nog niet

tig, maar ook niet uitzinnig blij. Sommige mensen

bekend. “Daarom zijn we gestart met de

kunnen beter met die bijwerkingen omgaan dan

Gezin-studie (Gezin komt van GEnetische Zoek-

anderen, maar vergelijkbaar met een leven zonder

tocht In Neuropsychiatrische Stoornissen), een

schizofrenie is het nooit. Op de lange termijn lei-

onderzoek bij families bij wie schizofrenie voor-

den de medicijnen ook tot abnormale bewegingen,

komt”, zegt Kushner. “Bij hen is de genetische

vergelijkbaar met der ziekte van Parkinson. Dat

component sterk aanwezig, en zo konden we de

komt doordat de receptoren waar de medicijnen op

genen identificeren die bij schizofrenie horen.”

om te zien hoe de werking van hun hersencellen

aangrijpen ook belangrijk zijn voor beweging.

Zodra die genen bekend waren, maakte dat het

verschillen, en in de tweede plaats om de eﬀecten

neuron, ben je er nog niet. Het volgende stadium

makkelijker om een ziekte te bestuderen bij proef-

van een stof te testen. De onderzoekers bestudeer-

is bestuderen of het middel de goede invloed heeft

dieren. In de zoektocht naar betere medicijnen

den de morfologie, genexpressie en elektrofysiolo-

op het gedrag en het functioneren van het

moest de werking van verschillende stoﬀen getest

gische eigenschappen van de hersencellen. “Het is

worden. Dat kan met proefdieren, maar gelukkig

voor schizofrenie belangrijk om op neuronniveau te

ben je als onderzoeker sinds een paar jaar niet

kijken, omdat er uiteindelijk dáár iets misgaat”, zegt

meer uitsluitend daarop aangewezen. Ook van

Kushner. “Maar we hebben daarnaast gekeken naar

induced pluripotent stem cells (IPSCs), volwassen

de andere hersenceltypen zoals oligodendrocyten

huid- of bloedcellen die herprogrammeerd zijn tot

(de cellen die verantwoordelijk zijn voor de isolatie

stamcel, kunnen hersencellen zoals neuronen

van neuronen, om ze eﬃciënter elektrische impul-

héle individu. En daar komt de werkwijze van

worden gekweekt. Die actieve levende hersencel-

sen te laten geleiden, red.). Het probleem kan ook

NeuroBasic weer om de hoek kijken. Voor het

len gedragen zich op dezelfde manier als hersen-

op een andere plek ontstaan.” Tot nu toe lijken de

behandelen van hersenziektes is het niet mogelijk

cellen uit het lichaam.

tests er inderdaad op te wijzen dat vooral oligoden-

om alleen op celniveau te kijken, maar is juist het

trocyten (uit IPSCs) anders zijn bij schizofreniepa-

gedrag bepalend: daaraan kun je zien of de stof

Van de deelnemers aan de Gezin-studie kon dus een

tiënten, vergeleken met hun gezonde familieleden.

de gewenste uitwerking heeft. Kushner: “Voor

klein beetje huidweefsel worden afgenomen om met

De onderzoekers wisten met IPSCs een aantal moge-

dit soort studies ontkom je er niet aan om met

IPSCs hersencellen te kweken – in de eerste plaats

lijke werkzame stoﬀen te identificeren. Maar als je

proefdieren te werken.”

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

weet dat een stof het gewenste eﬀect heeft op een

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

NEUROBASIC

Schizofrenie behandelen begint bij begrip

NEUROBASIC

Case study tekst: Joost van der Gevel beeld: Ruud Toonen

“Een proefdier is geen persoon, het is de next best option.” In een voorloperproject van NeuroBasic slaagden

gedrag, motoriek en cognitieve functies. Om het

onderzoekers erin om muizen genetisch zó aan te

eﬀect van een stof op de hersenfuncties van een

passen dat ze menselijke ziekten hebben. De eerste

schizofrene muis te beoordelen, kun je de muis

stap is dan: controleer of de muizen ook daadwer-

bijvoorbeeld een taak laten doen waarbij geheugen en cognitieve flexibiliteit nodig zijn (zie ook Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker). 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

Muizen met epilepsie Binnen 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.

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

is succes niet verzekerd. Een klinische studie aan kelijk de bijbehorende symptomen vertonen.

het eind van het traject kan pas echt uitsluitsel

Voor schizofrenie is dat lastig. Kushner: “Het is

geven.

nog onbekend of muizen écht schizofreen kunnen

De baby op het filmpje ligt op zijn rug en maakt plots

de zenuwcellen op het juiste moment en in de juiste

samentrekkende, spastische bewegingen. Dan ligt

hoeveelheid afgeven. Waarna de volgende zenuwcel

worden. Bij mensen wordt de diagnose aan de

Voor schizofrenie lopen op dit moment meerdere

hij weer even stil en schokt opnieuw. Op een EEG

ze opneemt. Zo “praten” de zenuwcellen met elkaar.

hand van een gesprek gesteld, gebaseerd op

klinische studies, die zich allemaal richten op het

(hersenfilmpje) zie je dit terug. Het is even rustig,

Door foutjes in het eiwit raakt dit proces ontregeld.

iemands gedachten en ervaringen – wat bij een

verbeteren en aanvullen van antipsychotica. Over

en ineens piekt er activiteit. Het zijn epileptische

Dat wordt zichtbaar als epileptische aanvallen en

muis natuurlijk niet mogelijk is.” Toch lukt het

de resultaten is nog niets bekend, maar Kushner

aanvallen. Het kind heeft Ohtahara-syndroom,

leidt tot mentale retardatie.

onderzoekers om met behulp van genetische

heeft positieve verwachtingen: “We hebben met

een vorm van epilepsie die gepaard gaat met zware

en farmacologische manipulaties het risico voor

NeuroBasic al zoveel vooruitgang geboekt voor de

mentale retardatie. Kinderen met dit syndroom

MUNC18 is niet het enige eiwit dat betrokken is bij

schizofrenie te verhogen en de symptomen ervan

behandeling van erfelijke neurologische aandoe-

komen hiervoor vaak al tijdens hun eerste levens-

de signaaloverdracht in de hersenen. Van een aantal

te veroorzaken bij de muizen. Zo kunnen ze de

ningen – vooral voor ziektes waarvan we vanaf

maanden naar het ziekenhuis. De Japanner Ohtahara

eiwitten was al bekend dat mankementen leiden tot

neurobiologische mechanismen die bij schizo-

het begin al meer wisten. Nu hebben we ook voor

vond in 2008 de oorzaak: spontane mutaties in het

hersenziekten zoals schizofrenie, Alzheimer, ADHD

frenie veranderingen in het brein teweegbrengen

schizofrenie veel meer kennis opgebouwd, die op

eiwit MUNC18.

en epilepsie. Neurobioloog Ruud Toonen uit de groep

onderzoeken. “Het lukt goed om de neurofysiolo-

termijn veel betere medicijnen kan opleveren.”

van Matthijs Verhage richt zijn speurtocht specifiek

gische veranderingen in het brein en de cognitieve

Signaaloverdracht

op MUNC18. Hij onderzoekt hoe fouten in dat eiwit de

en sociale stoornissen van mensen met schizo-

Door die mutaties gaat er in de hersenen van deze

signaaloverdracht verstoren, en hoe dat samenhangt

frenie bij een muis na te bootsen”, zegt Kushner.

kinderen iets mis in de signaaloverdracht tussen

met Ohtahara-syndroom. “Dit eiwit is onmisbaar

de zenuwcellen. Het MUNC18-eiwit heeft daarin een

voor de signaaloverdracht in het brein”, benadrukt

Vervolgens kunnen er stoﬀen getest worden bij de

cruciale functie. Het zorgt ervoor dat blaasjes gevuld

hij, “er is geen menselijk of dierlijk leven mogelijk

muizen, om te zien wat de stoﬀen doen met hun

met signaalstoﬀen, die stoﬀen in de uiteinden van

als dit in het genoom ontbreekt.” Zonder MUNC18

NEUROBASIC

Muizen met epilepsie

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

kunnen de zenuwcellen niet met elkaar communi-

defecten die aan de ziekte van Alzheimer, schizo-

één niet-functioneel MUNC18. Die gemuteerde

ceren. En zit er een weeﬀout in, dan raakt de balans

frenie en andere hersenziektes ten grondslag liggen.

embryonale stamcellen plaatsen we terug in

in de signaaloverdracht verstoord.

In de VS bij Thomas Südhof – die in 2013 de Nobel-

zo’n vroeg embryo. Ze delen dan verder mee als

prijs kreeg voor zijn onderzoek naar de signaalover-

dat uitgroeit tot een muis.”

Slimme medicatie

dracht in hersenen – maakte Matthijs Verhage zo’n

Je zou dus een medicijn willen ontwikkelen dat heel

model voor het Ohtahara-syndroom. Een muis-

Zwart-wit-mozaïek

precies aangrijpt op die verstoring van de commu-

model met een mutatie in het eiwit MUNC18: een

Een deel van de stamcellen is dus gemanipuleerd,

nicatie tussen de zenuwcellen, en de “verbinding”

muis met epilepsie.

maar niet allemaal. Om ze verderop in het wordingsproces van de muis te kunnen lokaliseren, nemen

weer herstelt. Een middel dat de fout in het eiwit kan repareren of compenseren. Toonen: “Maar daar-

Nonsens-gen

de onderzoekers de stamcellen die ze manipuleren

voor moeten wij eerst begrijpen hoe de mutatie de

Zo’n muismodel maak je met stamcellen die je uit

van witte muizen en injecteren ze de gemuteerde

hersencommunicatie precies verstoort. Waarom

een heel vroeg embryo haalt. Die stamcellen heb-

cellen in een vroeg embryo van een zwarte muis.

de patiënt ziek wordt. Zodra we dat weten, kunnen

ben zich dan nog niet vaak gedeeld en kunnen nog

Van de jongen die daaruit worden geboren, hebben

springt hij op vier poten tegelijk omhoog. De muis

we heel gericht medicijnen ontwikkelen die de

uitgroeien tot het hele dier. “Met DNA-technologie

de meeste een zwarte vacht, maar er zijn er ook die

in de kooi ernaast ligt te slapen en lijkt plots vreemd

functie van dat eiwit veranderen of verbeteren.

wordt het MUNC18-gen kapotgemaakt of vervan-

voor een deel uit zwarte en voor een deel uit witte

te rillen. En even later weer. Het zijn ongecontro-

Medicatie die ‘slimmer’ is dan de bestaande medi-

gen door een nonsens-gen”, vertelt Toonen. Met

cellen bestaan: zij worden een mozaïekmuis. “Van

leerde bewegingen. De muizen hebben op epilepsie

catie, of beter werkt.”

die techniek maak je een klein stukje van een gen

deze muis zullen sommige van de ei- en zaadcellen

lijkende aanvallen. “Wat we zien aan ‘gedrag’ is

na en je plakt er een ander stukje tussen dat de

ook de mutatie hebben en sommige niet”, legt

dus dat springen en trillen. Maar het is lastig om

Voor de ontwikkeling van zo’n geneesmiddel is een

plaats inneemt van het oorspronkelijk stukje DNA.

Toonen uit. “Als je deze muis gaat kruisen en uit een

met zekerheid te zeggen dat dat epilepsie is. Want

model nodig waarin je het defect kan bestuderen,

Als de cellen delen wordt dat nonsensgedeelte

van de zaadcellen met de mutatie wordt een jong

epilepsie wordt eigenlijk gedefinieerd met EEG’s,

en om in een latere fase zo’n medicijn op te testen.

mee gekopieerd. “Dat doen we op één chromo-

geboren, dan is dat volledig wit. Dat krijgt de witte

hersenfilmpjes, bij mensen.” Een gespecialiseerd

Voor die speurtocht naar adequate medicijnen ont-

soom, één van de twee delen van het gen – je

vacht mee van zijn vader. Dat jong heeft de mutatie

laboratorium in Duitsland gaat binnenkort EEG’s

wikkelde NeuroBasic een methode om proefdieren

hebt er van allebei je ouders een. Je krijgt dan

in alle cellen op één chromosoom, afkomstig van de

maken bij de muizen. Dan wordt zichtbaar of ze

exact dezelfde genetische defecten te geven als de

embryonale stamcellen met één functioneel en

vader. Het van de moeder afkomstige chromosoom

“echte” epileptische aanvallen hebben.

is normaal. De vachtkleur moet van de embryonale

–/–

+/+

+/+ –/– 54

+/–

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.

stamcel met de mutatie komen en die gebruik je

Medicijn

dan als verklikker.” Dit is het muismodel voor

De volgende stap in het onderzoek is de zoektocht

Ohtahara-syndroom.

naar stoﬀen die de verstoorde signaaloverdracht kunnen herstellen. Een molecuul dat de mutatie in

Vertaalslag

MUNC18 compenseert, is in potentie een medicijn.

De muizen leven in kooien met bovenop een camera

Andere onderzoeksgroepen binnen NeuroBasic en

waarmee de onderzoekers het gedrag van de muis

de farmaceutische industrie ontwerpen dit soort

kunnen analyseren. Ze kunnen op afstand de onder-

stoﬀen. Toonen: “Dat begint met een bibliotheek

zoekssetting veranderen en de muizen taakjes laten

van wel honderdduizend moleculen. Die verzame-

uitvoeren zonder ze te storen. “We hebben een test-

ling wordt teruggebracht tot zo’n vijftig kandidaten

batterij waarin we heel veel muizen tegelijkertijd

die we dan op zenuwcellen in een schaaltje testen

kunnen observeren. We proberen zo de vertaalslag

om te zien hoe goed ze de neurale signaaloverdracht

te maken van de mutaties in het genoom naar het

beïnvloeden. Als daar uitkomt dat ze die verbeteren,

gedrag”, legt Toonen uit en hij laat een filmpje zien

dan zou je de vijf meest veelbelovende kunnen tes-

van muizen met een mutatie in MUNC18, het proef-

ten in zo’n muismodel. Maar, dat doe je pas op het

diermodel voor het Ohtahara-syndroom. Links in

allerlaatst. Dat is eigenlijk net voordat ze op mensen

beeld loopt een muis rustig in zijn kooi en ineens

worden getest.”

NEUROBASIC

Beeldreportage

NEUROBASIC tekst: Rineke Voogt beeld: Noldus

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker Het onderzoek van het NeuroBasic consortium heeft meerdere spin-offs opgeleverd. Verschillende 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 sporten Een looptestje om breinfuncties te testen: dat is het idee van de Erasmusladder. De muizencatwalk is ontwikkeld door Neurasmus, het neurowetenschappelijk bedrijf van de Erasmus Universiteit. Omdat de genen van muizen aangepast kunnen worden om hersenziektes na te bootsen, zijn tests nodig die de effecten van die aandoeningen 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 snelheid 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. Verandert de positie van de traptreden waardoor er een obstakel verschijnt, dan moet de muis zijn pootjes anders plaatsen om dat obstakel te omzeilen. 56

NEUROBASIC

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

beeld: Sylics

350 keer proberen Deze muis kan kiezen uit drie poortjes om doorheen te klimmen. Kiest hij de goede, bij de groene pijl, dan krijgt hij een snoepje. Kiest hij de verkeerde, 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 bioinformaticabedrijf Sylics, dat deze CognitionWall ontwikkelde. “Muizen die net als Alzheimerpatiënten breinschade ontwikkelen, functioneren cognitief minder goed en doen significant langer over deze taak. Ze moeten tot wel 350 keer proberen 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 hulpmiddel 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.”

NEUROBASIC

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

beeld: Sylics

Zeeën van tijd Aan 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 informatietechnologiebedrijf 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 volautomatisch werkt en voor allerlei testen is te configureren 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.” Schuilplaats

Voedingsplaats

Korte pauze Lange pauze 2.9588 cm Kleine beweging Grote beweging Drinkplaats

NEUROBASIC

Discussie

NEUROBASIC tekst: René Rector en Rineke Voogt beeld: René den Engelsman

‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’

Waarom is gekozen voor een muis als proefdier?

De Zeeuw: “Er is geen beter model. Welk dier je ook

De Zeeuw: “We hebben voor 97 procent dezelfde

kiest, de stap waarbij je van proefdier naar mens gaat

genen als een muis. Dat betekent dat heel veel gene-

blijft cruciaal. En juist omdat we wel veel lijken op

tische defecten, die ervoor zorgen dat een bepaald

andere zoogdieren, maar er wel degelijk verschillen

eiwit niet of verkeerd wordt aangemaakt, bij een

zijn, wordt iets wat veelbelovend leek toch geen

muis identieke problemen veroorzaakt. Bovendien

succes of slechts een gedeeltelijk succes.”

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.”

Het argument dat proefdieren soms helemaal niet zo’n goed model blijken, wordt door lobbyisten ook aangevoerd om dan maar helemaal van proefdieren af te stappen. Wat vindt u?

Toch zijn er ook cases bekend van medicijnen die op de muis goed werkte, maar in de klinische trials teleurstelden.

De Zeeuw: “Ik heb wel sympathie voor de moraal die

De Zeeuw: “Dat komt voor. We hebben het binnen

een reële kans is op nieuwe kennis. Toen ik als jonge

NeuroBasic ook gezien. In de praktijk blijkt dan dat

onderzoeker mijn eerste rat moest doodmaken, heb

een proces genetisch dezelfde oorsprong heeft bij

ik overwogen een carrièreswitch te maken. Maar

muis en mens, maar dat de mate waarin de genen

de realiteit is nu eenmaal dat we geen alternatief

tot expressie komen bij een mens toch anders is.

hebben. Er zijn geen proefdieren in het rijkdom

Daarom is het ook zo belangrijk dat je goed blijft

der zoogdieren die geschikter zijn voor genetische

opletten zodra je de vertaalslag naar de mens gaat

manipulatie dan een muis, en helemaal zonder

maken: het is geen automatisme dat het daar net

proefdieren kan je eigenlijk alleen in sommige

zo werkt. Soms word je gedeeltelijk teleurgesteld.

gevallen, door op gekweekt weefsel te testen, en

Het blijft echter ook interessant om te kijken wat

dan nog moet dat weefsel ergens vandaan komen.

er nu juist wel en wat juist niet vergelijkbaar is.”

Waar dat kan, gebeurt dat ook. Maar je kunt aan

Kushner: “Een proefdier is geen persoon: de muis

weefsel niet zien of het depressief is, of epileptisch.

Het principe achter NeuroBasic is om geneesmiddelen op een zinnige manier

is expliciet een model, niet de daadwerkelijke

Je kunt dat alleen maar aan het gedrag van een

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

patiënt. Dat maakt het moeilijk. We moeten

levend organisme zien.”

goed uitzoeken welke delen van de fysiologie

Kushner: “Het komt er uiteindelijk op neer dat geen

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

vergelijkbaar of juist compleet anders zijn.”

enkele patiënt medicijnen zou willen testen die hem

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

Je zou ook kunnen kiezen voor een ander proefdier.

beschouwing laat, neem je dus een enorm risico.

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

Kushner: “Het kan soms voordelig zijn om te kiezen

Niet alles kun je testen op computermodellen of

voor bijvoorbeeld de zebravis of een fruitvlieg. Maar

gekweekte cellen. Maar het is echt niet zo dat

en Steven Kushner, Transworkpackageleader Schizofrenie.

voor ons type hersenonderzoek blijft het essentieel

wetenschappers dolgraag met proefdieren werken.

dat het modelbrein lijkt op dat van een mens. Het

Hopelijk hebben we ze op een dag niet meer nodig.

brein moet zo ontwikkeld mogelijk zijn, maar het

Als er een net zo goed alternatief was, al kwam het

dier moet zo min mogelijk lijden. Een potentieel

zelfs maar in de buurt van net zo goed: ik zou het

diermodel als een primaat komt dan te dichtbij:

morgen overnemen, en velen met mij.”

voorschrijft dat elk proefdier er één te veel is. Ik vind dat je proefdieren alleen maar mag opoﬀeren als er

kunnen schaden. Als je proefdieren volledig buiten

hun emoties lijken te veel op die van ons.”

Virusinfecties: beter begrepen, beter bestreden VIRGO

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.

VIRGO

Introductie

VIRGO tekst: Rineke Voogt beeld: Parkers

Volg de immuunrespons in stapjes

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, indicatoren 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

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

te ontdekken, zoals gebeurd bij het MERS-virus. De strategie is dan om zoveel mogelijk gegevens

geïsoleerd waren binnen kleine gastheerpopulaties, maakt onze levensstijl het

te verzamelen van een onbekende infectie zodat je

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

kunt zien waar het op lijkt en hoe je het moet behanDeze “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.

beter behandelen of zelfs voorkomen.

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 zijn slim”, stelt Virgo-coördinator Ab

overleven. Osterhaus: “De intensieve veeteelt en

longen aanricht.” Meer kennis over de gastheer-

virussen in de populatie. Sommige virussen die

Osterhaus. Hoewel ze zichzelf niet kunnen voort-

de global village maken dat virussen zich sneller

respons en de regulatie daarvan is dus nodig om op

bijna waren uitgeroeid, zoals mazelen en polio,

planten, zijn hun genenpakketjes genoeg om zich

dan ooit verspreiden.”

een rationele manier goede vaccins te ontwikkelen.

blijken toch weer de kop op te steken, bijvoorbeeld

daar verder te verspreiden. Doordat ze snel muteren,

Te sterke reactie

Wegpesten

“Het wegpesten is nog niet voorbij. Het blijft een

kunnen virussen gemakkelijk van niches profiteren.

Om het probleem van virusverspreiding aan te

Die kennis verzamelt Virgo met nieuwe technieken.

kat-en-muisspel.”

Dat maakt virusbestrijding moeilijk.

pakken, richt Virgo zich op verschillende antivirale

Door minutieus alle stapjes te bestuderen van de

door een lage vaccinatie-graad in crisisgebieden.

door een gastheer te laten vermeerderen en vanuit

strategieën. “Het mooiste is natuurlijk het maken

virus-gastheer-interactie, kom je erachter op welke

De veranderende wereld heeft het voor virussen juist

van een vaccin, dat preventief werkt”, zegt co-

plekken je het virus kunt aanpakken. Wanneer een

gemakkelijker gemaakt. Osterhaus: “Toen ik afstu-

coördinator Arno Andeweg. In het verleden is er

virus een gastheer binnenkomt, gaat het immuun-

Virgo richt zich op vier groepen virusinfecties, die

deerde, was het pokkenvirus net uitgeroeid. ‘Zo zul-

veel succes geboekt met vaccins van opgekweekte

systeem in de weer – een kwart van onze ruim twin-

samen de meest voorkomende virussen omvatten.

len we alle virussen binnenkort wel onder controle

verzwakte of dode virussen, die eenmaal bij de

tigduizend genen hebben een rol in de afweer.

De eerste groep is de acute respiratoire virale

krijgen’, was toen de gedachte. Maar dat viel enorm

mens toegediend een immuunrespons in gang

T-helpercellen zetten bijvoorbeeld andere immuun-

infecties, luchtweginfecties waaronder influenza,

tegen. Je ziet juist een toenemende berg infecties, die

zetten die het individu beschermt tegen het echte

cellen aan het werk: B-cellen worden aangespoord

SARS, MERS en RSV. Diarree-veroorzakende virussen

bijna allemaal bij de dierenwereld vandaan komen.”

virus. “Veel van die vaccins zijn ontdekt door

tot het maken van afweerstoﬀen, en cytotoxische

(acute enterale virale infecties), zoals het Norovirus,

Virussen springen dan over van een dierlijke gastheer

trial and error, maar dat werkt helaas niet voor alle

T-cellen tot het doden van de virus-geïnfecteerde

vormen de tweede groep. Onder de derde groep

op mensen, soms met grote gevolgen. In een kleine

virussenVoor RSV, een virus dat luchtweginfecties

cellen. Op DNA-niveau gebeurt er van alles in deze

vallen chronische leverinfecties hepatitis B en C,

geïsoleerde mensenpopulatie kan een virus zich

veroorzaakt virus bij jonge kinderen, zorgde zo’n

cellen; genen worden aan- en uitgeschakeld om een

en de vierde groep is HIV.

veel minder goed op de been houden, omdat er

vaccin echter juist voor een te sterke respons,

infectie op te ruimen, die genen worden overgeschre-

simpelweg te weinig gastheren zijn om te kunnen

waardoor het lichaam zelf extra schade aan de

ven in boodschapper-RNA. Ook de eiwitsynthese

VIRGO

Infographic

VIRGO tekst: René Rector beeld: Robin van der Lee

Model immuunsysteem beter door slim combineren data Of je ziek wordt van een virus, hangt mede af van hoe goed je immuunsysteem het

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

kan bestrijden. Maar van dat bestrijdingsmechanisme weten we op genetisch niveau nog lang niet alles. Bioinformatici van het Virgo onderzoeksconsortium beten

Eiwitinteracties

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

Bestudeer 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.

Zowel virussen als hun gastheren

Radboud universitair medisch

Na vele statistische breinbrekers

hebben er baat bij als ze de ander

centrum in Nijmegen.

hielden Van der Lee en Huynen

kunnen herkennen. Virussen

een verzameling van een paar

omdat ze zichzelf anders niet

Huynen en onderzoeker Robin

honderd genen over. Daarna

kunnen reproduceren, gastheren

van der Lee legden talloze data-

kwam een volgende moeilijke

omdat ze de indringers anders

sets uit moleculair en biomedisch

stap: controleren of die nieuw

niet kunnen bestrijden. Herken-

onderzoek naast elkaar om

gevonden genen daadwerkelijk

nen gebeurt met behulp van

de belangrijke genen in ons

een rol spelen in het immuunsys-

eiwitten, waarvan het bouwplan

immuunsysteem te identificeren.

teem. “Dat was verschrikkelijk

in het genetisch materiaal van

Die datasets komen uit andere

veel werk”, vertelt Van der Lee.

virus en gastheer ligt opgeslagen.

onderzoeken en bestaan uit ver-

Daarvoor zijn onder andere

schillende soorten data (zie

experimenten uitgevoerd door

Turven

figuur rechts). Elk van die onder-

virologen aan de Universiteit

Virologen proberen goed in de

zoeken afzonderlijk heeft nieuwe

Utrecht. Uiteindelijk kwamen

vingers te krijgen wat er in de

inzichten over het immuunsys-

de bioinformatici op een model

interactie tussen virus en gastheer

teem opgeleverd, maar het slim

dat volgens hun berekeningen

gebeurt, met als doel virussen te

combineren van al de data kan

een veel betere beschrijving was

kunnen bestrijden. Maar uitzoe-

ons nog veel meer vertellen.

van het immuunsysteem, dan

ken hoe het genetisch zit, is lastig.

Huynen: “Als je de genen gaat

wat tot nu toe beschikbaar was.

“Bestudeer je het mazelenvirus,

turven die in al je datasets naar

dan weet je vooral hoe het zit bij

voren komen als ‘betrokken

Interventiestrategieën

mazelen. Een deel van de genacti-

bij het immuunsysteem’, dan

Het verfijnde model biedt

viteit in het immuunsysteem die

houd je er geen één over die

aanknopingspunten om in de

je dan meet, is specifiek voor dat

overal in voorkomt. In plaats

toekomst nieuwe interventie-

virus. We willen weten wat er

daarvan moet je op basis van

strategieën tegen infectieziekten

generiek gebeurt – daar heb je in

virologische en immunologische

te bedenken. Maar het is nu vooral

de bestrijding van veel meer

kennis gaan uitrekenen in

fundamenteel wetenschappelijk:

virussen iets aan”, zegt Martijn

welke mate, en met welke

we weten nu van veel meer genen

Huynen, hoogleraar aan het Cen-

waarschijnlijkheid, een gen

dat zij een rol spelen bij het orga-

trum voor Moleculaire en Biomo-

betrokken is. Je moet ‘gewogen’

niseren van de afweer tegen heel

leculaire Informatica van het

gaan turven.”

veel ziekteverwekkers.

Genexpressie Vergelijk 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.

Genoomevolutie Omdat virus-gastheerinteractie 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 data Genoomregulatie Sommige 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.

Genen die een rol spelen in het immuunsysteem

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

Nieuwe kennis over de immuunrespons tegen virussen

Nieuw geïdentificeerde genen

Case study

VIRGO

VIRGO tekst: Joost van der Gevel beeld: Parkers

Viruskillers ook economisch succesvol

1 2 3 4 5 6

■

Het Virgo-consortium levert een caleidoscoop aan nieuwe inzichten, diagnostische tools, vaccins en spin-off bedrijven. “Het heeft de investeringen vanuit het Fonds Economische Structuurversterking ruim terugverdiend”, zegt

■

Het Virgo-project heeft de virologie een boost

flink aantal in toptijdschriften als Science en Nature.

■

gegeven aan nieuwe kennis en nieuwe technieken.

Er zijn verschillende onderzoekers op dit onderzoek

Nieuwe technologieën zijn ingezet voor preventie

gepromoveerd en over de hele wereld uitgevlogen

van pandemische virusinfecties, en virale mysteries

om hun kennis in te zetten voor nieuwe virologische

– zoals het Trojaanse paard dat het mazelenvirus

vraagstukken. Het Rotterdamse Viroscience Lab is uitgegroeid tot een Centre of Excellence.

hoogleraar Virologie Ab Osterhaus.

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

Eigen broek

te komen, en hoe ze gastheercellen herprogramme-

Doel van de FES-gelden was niet alleen wetenschap-

ren om zich te laten vermenigvuldigen. Er zijn tien-

pelijk succes, maar ook kruisbestuiving met het

tallen nieuwe virussen ontdekt. Hoogleraar Virologie

bedrijfsleven. “Wij hebben berekend dat we met

en Virgo-coördinator Ab Osterhaus: “We kunnen nu

die subsidie het negenvoudige hebben gegenereerd

in bijvoorbeeld vocht uit de longen van ernstig zieke

aan subsidies uit het buitenland en gelden van de

patiënten met deep sequencing het erfelijk materiaal

industrie. Dat is dus nieuw geld voor de Nederlandse

vastleggen van alles wat erin zit. En vervolgens met

economie”, vertelt Eric Claassen, aanvankelijk als

gebruik van nieuwe bioinformaticatools vaststellen

hoogleraar Immunologie betrokken bij het project

welk virus de ziekte veroorzaakt. Door de nieuwe

en inmiddels hoogleraar Ondernemerschap in de

technieken kunnen we een virus als het MERS-

levenswetenschappen aan de VU. “Die FES-gelden

coronavirus nu snel herkennen als ‘nieuw’, en

zijn als het ware een startmotor geweest. Ze hebben

Publicaties met een impactfactor groter dan 10

Nieuwe projecten met industriële partners

daarmee ook sneller diagnostiek, geneesmiddelen

echter alleen zin als het leidt tot iets duurzaams. Wij

Publicaties met een impactfactor groter dan 5

Niet-wetenschappelijke publicaties

en een vaccin ontwikkelen.”

hebben er daarom op ingezet een onderzoeksgroep

Publicaties met een impactfactor kleiner dan 5

Niet-wetenschappelijke presentaties

Proefschriften tot en met 2015

Bijdragen aan het publieke debat/discussies

Toppublicaties

begonnen met zes man. Met de tien miljoen subsidie

■

In de jaren daarna volgen er nog ongeveer 20

Onderwijsactiviteiten en -bijdragen

Vermeerdering van kennis is enigszins te kwantifi-

uit de FES-gelden hebben we uiteindelijk voor meer

■

Voordrachten op congressen en symposia

Nieuwe virussen ontdekt

ceren in publicaties en promoties, en in aantallen

dan tien jaar honderd banen gegenereerd in het toe-

■

Posterpresentaties

Nieuwe klinische toepassingen (zoals protocollen)

nieuw ontdekte virussen, ontwikkelde vaccins,

gepast biomedisch onderzoek, duizend manjaren

■

Patentaanvragen en 2 toegekende patenten

Nieuwe publieksproducten (zoals informatieve websites)

patenten en spin-oﬀs (zie illustratie). Zo zijn er uit

werk. Hiervoor ontvingen we de Valorisation Award

Nieuwe spin-offs in 2013

Adviesraden en -commissies waarin consortiumleden

het project tientallen publicaties in wetenschappe-

van een miljoen van het Netherlands Genomics

Nieuwe projecten met publieke partners

zitting hebben

lijke tijdschriften voortgekomen, waaronder een

Initiative (NGI).”

neer te zetten die zijn eigen broek kan ophouden. We

VIRGO

Procesverslag tekst: Joost van der Gevel

Snotterende dromedarissen verspreiden dodelijk virus

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 FOTO: STALIN RAJ

met SARS en Influenza vermoeden de virologen dat het virus

Najaar 2012

September 2012

recent is “overgesprongen” van

Bart Haagmans en Stalin Ray

Op zaterdag 22 september krijgt

een dier. Maar welk? Ze gaan het

identificeren het menselijke en

Ab Osterhaus, een gerenommeerd

uitzoeken.

dierlijke eiwit DPP4 als receptor.

viroloog van het Erasmus Medisch

Zomer 2012

FOTO: ELMOUBASHER ABU BAKER ABD FARAG

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.

Het zit op de buitenkant van cel-

In een Saoedisch ziekenhuis sterft

dat het om een onbekend corona-

Centrum, een telefoontje uit

Op coronavirussen – “corona” is

len in de longen, in de nieren,

een zestigjarige patiënt van de

virus gaat, familie van SARS en

Engeland. In een ziekenhuis in

Latijn voor kroon of krans – zit

darmen en cellen van het

Egyptische arts en viroloog Ali

verschillende verkoudheids-

Londen is een man opgenomen

een krans van uitsteeksels, eiwit-

immuunsysteem. Dit cellulaire

Januari 2013

Mohamed Zaki. De patiënt heeft

virussen. Het virus zal later de

die met een privé-vliegtuig uit

ten die kunnen binden aan recep-

eiwit is de sleutel waarmee het

Nog een patiënt in Londen. Een

een longontsteking en nierfalen.

naam Middle East Respiratory

Qatar is gekomen. Hij is direct

toren op menselijke en dierlijke

virus de cel binnendringt. Klei-

zestigjarige Pakistaanse man

Het lukt Zaki het virus te kweken

Syndrome coronavirus (MERS)

in isolatie aan de kunstmatige

cellen. Als zo’n viraal eiwit bindt

nere diersoorten zoals muizen,

wordt opgenomen na een pel-

en hij vermoedt dat de man een

krijgen. Dr. Zaki meldt het, in

beademing gelegd. De man heeft

aan een receptor, kan het virus de

hamsters en fretten, blijken niet

grimstocht naar Mekka en Medina

infectie heeft met een paramyxo-

lijn met de internationale regel-

een longontsteking en nierfalen,

cel binnendringen en versmelt het

te infecteren te zijn door het

in Saoedi-Arabië. De zoon en een

virus, een familie waartoe ook

geving van de Wereldgezond-

en is er slecht aan toe. De Britse

met de cel, het virusgenoom komt

MERS-coronavirus. Alle dieren

nicht van de man komen over uit

het mazelen- en het bofvirus

heidsorganisatie (WHO), bij het

artsen achten de kans groot

vrij en de cel begint nieuwe exem-

hebben zo’n receptor, maar door

Pakistan. Beiden worden ziek.

behoren. De groep van Ron

ministerie van Volksgezondheid

dat hij zal overlijden. Ze vragen

plaren van het virus te maken.

variatie in de aminozuurvolgorde

De zoon, die als leukemiepatiënt

Fouchier van Erasmus MC heeft

in Saoedi-Arabië. En hij zet

om sequentiegegevens van het

Mensen en dieren die geïnfecteerd

zijn er verschillen die binding

extra risico loopt, overlijdt binnen

hiervoor net een nieuwe diagnos-

het nieuwe virus ook alvast

nieuwe virus en probes – stukjes

zijn geweest met het virus hebben

voor het virus moeilijker of

tien dagen. De nicht herstelt.

tische methode gepubliceerd.

op ProMED-mail, de web- en

complementair RNA – om het

antistoﬀen tegen onder meer dat

onmogelijk maken.

De vader overlijdt na acht weken

Zaki neemt contact op met

mailservice voor uitbraken van

virus te diagnosticeren.

specifieke virale oppervlakte-ei-

intensive care. MERS blijkt dus

Rotterdam en stuurt materiaal

infectieziekten. Dat is op donder-

wit aangemaakt. Als je weet hoe

ook overdraagbaar tussen men-

van zijn patiënt op.

dag 20 september.

Ook deze man heeft MERS. De

dat eiwit eruitziet, kun je een test

sen. Het virus zal in de jaren

man zal nog bijna een jaar op de

ontwikkelen om die antistoﬀen

daarna vaker opduiken, vooral

Het is geen paramyxovirus,

intensive care liggen voor hij

aan te tonen en je kan die infor-

in ziekenhuizen in Saoedi-Arabië

stellen ze vast in Rotterdam.

overlijdt. Binnen een week na het

matie ook gebruiken om de

en de Golfstaten, waarbij ook veel

Uit de RNA-sequenties blijkt

telefoontje uit Londen, ontwik-

receptor op te sporen.

personeel overlijdt.

VIRGO

Snotterende dromedaris verspreidt dodelijk virus

Er is een MERS-uitbraak in Qatar. De WHO vraagt Koopmans onderzoek te doen. Op een kleine boerderij zijn twee mensen ziek en een aantal dromedarissen heeft FOTO: MARION KOOPMANS

een soort verkoudheid. Mensen

FOTO: DO WIDAGDO

Zomer 2015 FOTO: CHANTAL REUSKEN

April 2014

FOTO: ELMOUBASHER ABU BAKER ABD FARAG

FOTO: MARION KOOPMANS

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

In Zuid-Korea is een grote uitbraak in verschillende ziekenhuizen, waarbij 186 mensen ziek worden van wie er 36 overlijden. Intussen zijn onderhandelingen gaande over verdere ontwikkeling December 2014

van het vaccin, en vaccinatie van

Het werkt. De gevaccineerde

dromedarissen en eventueel van

Mei 2014

dromedarissen worden niet ziek.

ziekenhuispersoneel. Osterhaus:

zelfde virus. De vraag is: wie

In het slachthuis blijkt de helft

En de niet-gevaccineerde drome-

“Het idee is: control at the source.

geeft het aan wie? Koopmans,

van de dromedarissen positief

November 2014

darissen wel. Maar dat is nog geen

Als je de bron wegneemt stopt het

focust zich op de verspreiding. Ze

voor MERS. Koopmans wil ver-

Ab Osterhaus en Bart Haagmans

garantie voor succes. De niet-

vanzelf. Dus door de dromedaris-

onderzoekt in Qatar verschillende

spreiding terugdringen door

testen vaccins op dromedarissen

gevaccineerde dromedarissen

sen in te enten, bescherm je

groepen dieren: bij het slachthuis,

bijvoorbeeld dromedarissen uit

in Barcelona. Om antistoﬀen

krijgen van MERS namelijk een

ook de mens. Op die manier is

Voorjaar 2013

op de markt en bij de dromedaris-

Australië – die geen MERS hebben

op te wekken gebruiken ze het

flinke snotneus, maar daar blijft

West-Europa vrijgemaakt van

Hoogleraar virologie Marion

races. Koopmans: “Die regio is

– te vaccineren of ze rechtstreeks

MERS-eiwit dat bindt aan de

het bij. In Saoedi-Arabië is daar-

rabiës, hondsdolheid. Het is een

Koopmans en Chantal Reusken

booming, vanwege de olie en

van de boot naar het slachthuis

receptor. Die antistoﬀen blokke-

door mogelijk weinig interesse

heel oud principe.”

van het RIVM testen in het

gasrijkdom. Er is een enorme

te brengen. “Verspreiding tussen

ren dan de binding van het virus

voor een vaccinatieprogramma.

Midden-Oosten grotere huisdie-

welvaart en bedrijvigheid, waar

mensen in het ziekenhuis kun

aan de receptor, ze plakken

Daar hebben de virologen op

ren, zoals koeien, geiten, schapen

veel mensen op afkomen en dat

je aanpakken door ziekenhuis-

eigenlijk op het virus waardoor

geanticipeerd. Osterhaus: “Ze

en dromedarissen, op antistoﬀen.

creëert weer een vraag naar voed-

personeel te vaccineren of door

dat niet meer kan binden en

hebben er namelijk óók een heel

Dromedarissen blijken de enige

sel, waardoor er een grote markt

goede hygiëne”, zegt Koopmans,

cellen niet meer kan infecteren.

ander probleem: kamelenpokken.

met antistoﬀen tegen het

voor dromedarisvlees is ontstaan.

“maar dan hou je nog steeds

Haagmans: “Je kunt zo’n blok-

We hebben dat MERS-eiwit

MERS-coronavirus. Al snel wordt

De dieren worden nu in grote

druppelsgewijs infectie vanuit

kade al van te voren induceren

ingebouwd in een ‘vector’, een

dit door andere onderzoekers

aantallen gefokt. In Qatar is één

die dieren. Die overdracht willen

met een vaccin. Daarvoor hoef je

kreupel pokkenvirus waarvan

bevestigd. Ze vinden die antistof-

centraal slachthuis. Het land

wij blokkeren.”

niet het hele virus te geven – dat

je niet meer ziek kan worden.

fen zelfs in bloed van dromedaris-

importeert ook veel dieren uit

bindingseiwit kan al voldoende

Dit MERS-vaccin beschermt

sen uit de jaren tachtig.

de Hoorn van Afrika en Australië

zijn.”

die dieren daardoor óók tegen

FOTO: MARION KOOPMANS

en dromedarissen hebben het-

en die komen allemaal bij elkaar

kamelenpokken. Je slaat zo dus

op dezelfde markt, waar ze soms

twee vliegen in een klap. En dat

April 2016

maanden staan voor ze naar dat

is waarschijnlijk wél interessant

En MERS? April 2016 staat de

slachthuis gaan. Dat is werkelijk

voor de Saoedi’s.”

teller bij de WHO wereldwijd

een ‘snelkookpan’ voor virus-

op 1.698 patiënten sinds 2012,

verspreiding.”

van wie er 609 zijn overleden.

VIRGO

Inter view tekst: Elles Lalieu

Een kijkje in het laboratorium van immunoloog André Boonstra.

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

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

hoeveelheid antigenen maakt het afweersysteem heel veel virusspecifieke afweercellen, met name

lichaam te verwijderen. Je wilt het hepatitisvirus

T-cellen. Zo’n sterke reactie kan leiden tot schade

goed onderdrukken zodat er weinig virusdeeltjes in

aan de lever, waar het hepatitisvirus zich ophoudt.

het bloed zitten, maar ze wel in de lever aanwezig

Om ernstige schade te voorkomen trekt het lichaam

totdat het virus bijna weg is en dan deze methode

zelf aan de noodrem. Als het afweersysteem wordt

van heractivatie te gebruiken om het laatste zetje

blootgesteld aan een enorme hoeveelheid antigenen,

te geven. Bij klinische trials zullen we de dosis heel

raken de T-cellen uitgeput: ze verliezen het vermogen

langzaam op moeten voeren.”

zijn. Ons idee is om mensen eerst te behandelen

om te delen. Dat beperkt de schade aan de lever, maar zorgt er ook voor dat het virus nooit helemaal

Bij een HIV-infectie (aids) speelt een vergelijkbaar

onschadelijk wordt gemaakt.

probleem. Viroloog Rob Gruters probeert het afweersysteem zo te stimuleren dat het HIV aan kan vallen.

“Wij hebben geprobeerd dat uitgeputte afweersys-

“HIV infecteert cellen van het afweersysteem”,

teem weer te activeren”, vertelt Boonstra. “Dat acti-

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

van exhaustionremmers. Een uitgeputte T-cel heeft aan de buitenkant allemaal zogenoemde exhaustionmarkers, 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-stimulatie. 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 afweersysteem. Door deze sensoren te stimuleren, kun je het afweersysteem weer activeren.

het virus kan opruimen.

FOTO: ROB GRUTERS

Oppepper voor een uitgeput afweersysteem

veren kan op twee manieren. De eerste is met behulp

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

Beide strategieën zijn potentieel risicovol. Overprik-

vertelt hij. “Dat is op zich al heel vervelend, maar

Immunoloog André Boonstra richt zich met name

senen raakt het virus desondanks zelf kwijt. In tien

keling van het afweersysteem ligt op de loer. Boon-

daar komt nog eens bij dat het virus zijn DNA

op hepatitis B-virussen. “Het hepatitis B-virus heeft

procent van de gevallen wordt de infectie echter

stra: “Met de bestaande therapieën zijn we in staat

inbouwt in dat van de cel. Zo wordt het virus onder-

een hoge replicatiesnelheid over een lange periode”,

chronisch. Bij kinderen is dat net andersom: het

om het hepatitisvirus goed te onderdrukken, zodat

deel van het DNA van de gastheer en kan het zich

vertelt hij. “Er komen dus voortdurend veel nieuwe

overgrote deel van de hepatitisinfecties bij kinderen

er weinig virusdeeltjes in het bloed en de lever zitten.

schuilhouden. Daarnaast kan het virus heel snel ver-

virusdeeltjes bij. Negentig procent van de volwas-

wordt chronisch.”

Maar het is zeer lastig om alle virusdeeltjes uit het

anderen. Er ontstaat een race waarbij het virus het

VIRGO

Oppepper voor een uitgeput afweersysteem

VIRGO

Case study tekst: Elles Lalieu

“Het afweersysteem herkent het HIV-virus wel, maar bekijkt de verkeerde delen.” afweersysteem steeds een stap voorblijft. Uiteindelijk

gevecht kunnen. We boekten goede resultaten in het

raakt het afweersysteem uitgeput en geeft het op.”

laboratorium en bij proefdieren en hebben inmiddels zeventien mensen gevaccineerd. Eén patiënt kon

Bij HIV spelen dus twee problemen: het virus breekt

zeven jaar lang zonder therapie, maar in het algemeen

bepaalde afweercellen (zogenoemde CD4 T-cellen)

had de vaccinatie een beperkt eﬀect.”

af en de afweercellen die overblijven krijgen het virus niet onder controle. Probleem één is aan te

Gruters wil het vaccin verbeteren door andere delen

pakken door het toedienen van virusremmers. De

van het virus aan te bieden. “Het afweersysteem moet

hoeveelheid afweercellen is meetbaar in het bloed.

het virus zo vroeg mogelijk herkennen”, stelt hij. “Het

Bij gezonde mensen zitten er 500 tot 1.500 CD4

virus dringt afweercellen binnen om zich te kunnen

T-cellen in een bloedmonster van één microliter.

delen. De eerste paar kleine eiwitten die zo’n cel

Bij een onbehandelde HIV-infectie kan dat aantal

ontregelen heeft het virus nodig om de productie van

teruglopen tot minder dan honderd CD4 T-cellen

extra virusdeeltjes op gang te brengen en die zullen

per microliter. Therapie wordt gestart als er minder

dus niet zo snel veranderen. Door die ‘vroege eiwitten’

dan 350 CD4 T-cellen per microliter gevonden wor-

aan te bieden in het vaccin krijg je een veel betere

den. Dankzij het toedienen van virusremmers gaat

afweerreactie en kan het virus niet meer ontsnappen.”

Gluren door het sleutelgat:

het aantal afweercellen weer omhoog, maar de functie van die cellen wordt nooit meer zo goed als die

Ook bij HIV speelt het risico op overprikkeling van

vroeger was.

het afweersysteem een belangrijke rol. Een geactiveerde afweercel staat klaar om allerlei nieuwe producten 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 afweersysteem geactiveerd, maar slaagt het er toch niet in om het HIV helemaal op te ruimen, dan heb je kans dat

FOTO: ROB GRUTERS

het virus zich juist beter kan verspreiden.

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

Gruters beschrijft de overprikkeling van het afweersysteem als een soort allergische reactie. “Het afweersysteem reageert veel te heftig op de prikkels

Een kakofonie van genactiviteit

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

Probleem twee is lastiger. Gruters: “Het afweersys-

nog niet zo eenvoudig. Aan de ene kant wil je het

teem herkent het virus wel, maar bekijkt vervolgens

afweersysteem stimuleren om de virussen onscha-

de verkeerde delen, namelijk de delen die het virus

delijk te maken, maar aan de andere kant wil je

snel aan kan passen. We proberen met een therapeu-

voorkomen dat het afweersysteem te sterk wordt

tisch vaccin het afweersysteem zo ‘op te voeden’

geprikkeld. Een subtiele strategie dus.

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.”

dat de overgebleven T-cellen weer met het virus in

VIRGO

Gluren door het sleutelgat: Een kakofonie van genetische activiteit

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.

Die ingebakken flexibiliteit maakt onderzoek naar

aantal genen is dat bekend, maar van duizenden

gedrag vertonen”, zegt Van den Ham. “Je kunt de

de afweerreactie van de gastheer lastig, maar niet

genen weten we het niet goed”, zegt Van den Ham.

oorspronkelijke 20.000 metingen dus samenpersen

onmogelijk. Binnen onderzoeksconsortium Virgo is

in setjes. Zo maak je een netwerk van genen. In dat

gezocht naar genen die een belangrijke rol spelen in

Subtiele verschillen

netwerk zitten knopen die wellicht te koppelen zijn

de afweerreactie tegen dengue.

Het is ondoenlijk om alle genen één voor één te

aan klinische variabelen.”

bekijken. Andeweg: “Het antigeen van een ziekteEén gen, één functie. Dat is de traditionele gedachte.

verwekker wordt in eerste instantie herkend door

In de gevarenzone

Maar die gedachte klopt niet. Een gen van het afweer-

één cel van het afweersysteem. Maar daarna wordt

Met een voorbeeld laat Van den Hem zien hoe zo’n

systeem kan bij de ene infectie tot expressie komen

er heel veel gedeeld, zodat er een enorm grote popu-

netwerk werkt. “Er zullen groepen genen zijn die

en bij contact met een andere ziekteverwekker juist

latie afweercellen ontstaat. Bij die delingsprocessen

wel actief zijn, maar waarvan de activiteit gedurende

onderdrukt worden. “We moeten dus veel uit de kast

gaan duizenden genen aan en dat draagt bij aan een

infectie niet verandert. Neem het gehoor. Genen die

trekken om hoofdrolspelers van figuranten te onder-

enorme hoeveelheid data.”

belangrijk zijn voor het gehoor spelen geen rol bij

scheiden”, vertelt viroloog Arno Andeweg. “Maar

raten nodig en dan nog deden ze er tien jaar over om

aan de andere kant, meten is weten. En nu kan het.

het complete menselijke genoom in kaart te bren-

De bulk van de data is afkomstig van cellen die

hebben we genen ingedeeld in ruim twintig groepen,

We kunnen tegenwoordig de activiteit van alle 20.000

gen”, vertelt bio-informaticus Henk Jan van den

delen, maar dat is niet waar Andeweg en zijn colle-

zodat genen met hetzelfde gedrag in dezelfde groep

genen van de mens in één keer meten. Vroeger keken

Ham. “Nu kun je binnen drie dagen het genoom

ga’s naar op zoek zijn. Ze zijn op zoek naar subtiele

zitten. Ongeveer de helft van deze groepen is in

we door een sleutelgat en nu kunnen we de deur open

van tien mensen sequencen met één apparaat.”

verschillen die bepalen of iemand een goede of een

verband te brengen met belangrijke kenmerken van

slechte afweerreactie heeft tegen een bepaalde

dengue, bijvoorbeeld de hoeveelheid bloedplaatjes

ziekteverwekker.

in het bloed.”

doen en in de kamer kijken.” In de praktijk ging het detecteren van betrokken

infectie en hun activiteit blijft dus vlak. Bij dengue

Genexpressie

genen als volgt: in samenwerking met Indonesische

De basis voor dit kamertje kijken is DNA-sequen-

artsen namen Cox van de Weg en Eric van Gorp

Om die subtiele verschillen te kunnen vinden,

“Als we weten welke genen bepalend zijn voor een

cing; het op volgorde aflezen van alle genetische

bloedmonsters af van patiënten met een dengue-

maakten de onderzoekers gebruik van co-expressie

ziektebeeld, dan kunnen we het lichaam trainen

letters van het DNA-molecuul (zie kader). In de

infectie en werd de expressie van alle 20.000 genen

netwerk analyse. “Binnen het hele patroon van

om een goede afweerreactie in gang te zetten”, vult

afgelopen jaren is de capaciteit van sequencing

gemeten. “Van het hele genoom weet je dan welke

genen, vind je groepen genen die een bepaald

Andeweg aan. Onderzoek aan de genen is dus ook

machines steeds verder toegenomen. “In de jaren

stukjes aan of uit staan, maar dan ben je er nog niet.

van belang voor het ontwikkelen van vaccins. En

negentig hadden wetenschappers honderden appa-

Want welke genen zijn nu echt belangrijk? Van een

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

DNA-sequencing

van de patiënten wordt wel ziek. De eerste ver-

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

schijnselen zijn griepachtige symptomen. Na een

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

aantal dagen lijkt herstel in te treden, maar een paar

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

procent van de patiënten gaat juist dan een kritieke

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

toestand in: door lekkage van bloedvaten ontstaan

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

overal bloedingen.”

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

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.

FOTO: MUHAMMAD MAHDI KARIM

Dengue komt op steeds meer plaatsen voor, doorDeze techniek kan ook worden gebruikt om de activiteit van de afzonderlijke genen van het genoom in een stukje

dat 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.

VIRGO

Case study 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.

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 patient echt ziekteverschijnselen vertoont.

Dat is op zich natuurlijk goed nieuws: de patiënt

maar dat de samenstelling is veranderd. De cellen

knapt op. Maar omdat het mazelenvirus juist op

die terugkomen zijn afweercellen die de acute

afweercellen hecht, en die cellen worden opge-

mazeleninfectie bestrijden, maar de geheugencellen,

ruimd, verliest de patiënt wel het immunologische

die eﬀectief zijn tegen andere infecties, zijn allemaal

geheugen.

in aantal verlaagd.”

Geheugencellen

Geheugencellen zijn afweercellen die onthouden

De Swart: “We wisten al dat infectie met mazelen

wat ze hebben gezien en bij een tweede contact

Rik de Swart, viroloog aan het Erasmus Medisch

raken. Dat was een vreemde plek om virussen aan te

het afweersysteem verzwakt en ook dat dit weken

met dezelfde ziekteverwekker snel in actie kunnen

Centrum Rotterdam, houdt zich al jarenlang bezig

treﬀen, vond De Swart, wetende dat er in de boven-

tot maanden kan duren. We wisten ook dat het aan-

komen. Na een infectie met mazelen verliest een

met mazelen. Tien jaar geleden liep hij de Noord-

ste luchtwegen ook cellen zitten die infectie probe-

tal witte bloedcellen tijdens een infectie omlaag

patiënt dus tijdelijk een deel van de afweer tegen

Ierse viroloog Paul Duprex tegen het lijf op een

ren te voorkomen. “Dendritische cellen – dat zijn

gaat, maar dat aantal is binnen een week alweer

andere, met name bacteriële, infecties. Maar tijdelijk

mazelencongres. “Duprex hield daar een presentatie

cellen van het afweersysteem – steken geregeld hun

terug naar normaalwaarden. Wat wij hebben ont-

betekent niet een paar weken of maanden, maar

over een mazelenvirus dat GFP, een fluorescerend

uitlopers uit naar de bovenste luchtwegen om te

dekt, is dat de aantallen wel weer terugkomen,

ruim twee jaar. Die conclusie trekt De Swart uit

eiwit, maakt”, vertelt De Swart. “Hij had alleen

‘voelen’ of er indringers in de buurt zijn”, legt De

onderzoek in samenwerking met Amerikaanse epi-

geen goed model om het fluorescerende virus in te

Swart uit. “We denken dat het mazelenvirus op zo’n

demiologen. Uit databases van de Verenigde Staten,

testen. Wij hadden dat wel en dus besloten we, tien

moment zijn kans grijpt en, liftend op een dendriti-

Groot-Brittannië en Denemarken verzamelden zij

jaar geleden, om te gaan samenwerken. Nu hebben

sche cel als een paard van Troje, wordt meegenomen

cijfers over de sterfte aan mazelen en de sterfte aan

we dus een goed model waarin geïnfecteerde cellen

naar de cellen van het afweersysteem.”

andere infectieziekten, zowel voor als na de invoering van mazelenvaccinatie.

zichtbaar worden. En dat heeft onze kennis over mazelen enorm vergroot.”

Het is voor het virus best moeilijk om zo liftend binnen te komen, maar eenmaal binnen richt het al snel

Vaker ziek

Paard van Troje

grote schade aan. Allerlei afweercellen, waaronder

De Swart: “Er is een duidelijke correlatie tussen

Voorheen werd altijd gedacht dat mazelen een klas-

B-cellen en verschillende typen T-cellen, raken

het optreden van mazelen en de sterfte aan andere

siek luchtwegvirus is, een virus dat epitheelcellen

geïnfecteerd. De receptor waar het mazelenvirus aan

infectieziekten. En dat verband is er tot ongeveer

van de luchtwegen infecteert. Maar in 2000 werd

bindt, komt vooral voor op cellen die al eens stukjes

28 maanden na een mazelenuitbraak. Het bijzondere

een receptor voor mazelen ontdekt op afweercellen.

van een indringer hebben gezien. Die cellen raken

van deze studie is dat in verschillende databases

Toen De Swart en zijn team het gekleurde mazelen-

aangetast. Tegelijkertijd komt er een goede afweer-

virus loslieten in de luchtwegen van apen, zagen zij

reactie op gang tegen het mazelenvirus zelf. Het

dat met name cellen onder in de longen geïnfecteerd

afweersysteem ruimt de aangetaste afweercellen op.

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

dezelfde benadering is gevolgd en dat daar steeds dezelfde periode uitrolt. Na de invoering van mazelenvaccinatie is het aantal gevallen van mazelen

VIRGO

natuurlijk veel lager, maar nog steeds zien we dan

infecteren, maar over het algemeen zijn de groepen

tot ruim twee jaar na een uitbraak een hogere sterfte

waarin die dieren leven te klein om het virus lang te

aan andere infectieziekten. We denken daarom dat

laten overleven. Apen die eenmaal geïnfecteerd zijn

we een sterk verband te pakken hebben.”

geweest, kunnen niet meer ziek worden. En dus duurt het in een kleine groep apen niet lang voordat

De onderzoekers bekijken inmiddels of dezelfde

het virus geen “verse” gastheer meer kan vinden.

relatie ook voorkomt in andere databases, zoals die

Dat de mens de enige gastheer is, betekent dat we

van huisartsen. Daarin worden anoniem gegevens

mazelen in theorie kunnen uitroeien door iedereen

over de ziektegeschiedenis van de patiënt opge-

tegen de ziekte te vaccineren. Maar volgens De Swart

slagen. “We willen uiteindelijk bij vijfhonderd

zal dat nog een lastige klus zijn.

‘Onschuldig’ mazelenvirus brengt je afweer om zeep

Infectie van makaken met een GFP-mazelenvirus. Op de piek van virusreplicatie zijn fluorescerende 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 fluorescerende cellen zitten (I).

tot duizend kinderen die mazelen hebben gehad, kijken naar de ziektegeschiedenis van een paar jaar

“Er zijn grote problemen met de acceptatie van

daarna”, vertelt De Swart. “En dan kijken we niet

vaccinaties”, stelt hij. “In een beschermde groep

naar sterfte, maar naar bijvoorbeeld antibiotica-

maakt het niet zoveel uit als een enkeling zich niet

gebruik en ziekenhuisopnamen. Deze groep willen

laat vaccineren. Er is dan toch wel bescherming door

we vergelijken met kinderen die geen mazelen

de groep. Maar als de onbeschermde groep groot

hebben gehad om te kijken of kinderen in de twee

genoeg wordt, komt er ruimte voor een uitbraak.

jaar na een mazeleninfectie echt vaker ziek zijn.”

Zoals in 2013 gebeurde in de orthodox protestantse gemeenschap in Nederland.”

Uitroeien Mazelen blijven een enorm gezondheidsprobleem,

Alternatief vaccineren

omdat ze zo ongelooflijk besmettelijk zijn. Het virus

Naast het probleem met acceptatie is ook het vaccin

komt moeilijk naar binnen, maar gaat heel eﬀectief

zelf niet in alle situaties even praktisch. Het vaccin

naar buiten. Dat is de truc. Op het hoogtepunt van

bevat een levend verzwakt virus en moet daarom

de infectie (twee tot drie dagen voordat mensen

koel bewaard worden. Vooral in tropische landen is

daadwerkelijk ziekteverschijnselen vertonen) zijn

dat niet altijd te doen, met als resultaat dat kinderen

er overal in het afweersysteem geïnfecteerde cellen.

wel gevaccineerd worden, maar met een vaccin dat

In dat stadium maakt het virus ook contact met de

zijn werk niet meer goed doet. Bovendien wordt het

epitheelcellen van de luchtwegen. Zo komen er heel

vaccin toegediend met een naald, wat risico geeft

veel virusdeeltjes terecht in de bovenste lucht-

op besmetting met hiv of hepatitis. De Swart en

wegen. Door te hoesten kan een patiënt die virus-

zijn team zijn op zoek naar een alternatieve manier

deeltjes heel eﬃciënt in de omgeving verspreiden.

van vaccineren, die in de tropen wel goed toegepast

En dat compenseert ruimschoots voor het moeilijke

kan worden.

binnenkomen van het virus. “Wij willen het vaccin laten inademen met een ver-

in de longen terecht komt. Dat is nu nog in opge-

Er is een vaccin en de mens is de enige natuurlijke

nevelaar”, vertelt De Swart. “In ons apenmodel

loste vorm, maar het allermooiste zou zijn als je het

gastheer voor het mazelenvirus. Mazelen kan apen

zagen we al een goede afweerreactie als het vaccin

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

GFP

F M

H F

L H

een volledige dosis heeft gehad. Kortom, er is ruimte L

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.

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.”

VIRGO

Case study tekst: Elles Lalieu

Ziekenhuis of niet? Je genen bepalen het

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

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

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 begrijpen Of de test in de praktijk ook goed werkt, moet nog onderzocht worden. Fraaij: “Meten is makkelijk,

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

maar de uitkomsten begrijpen is vaak een stuk moei-

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

lijker.” Jong vergelijkt de uitslag van de test met de weersverwachting. “Als er negentig procent kans is

het ziekenhuis terechtkomen en zonder behandeling overlijden. Een test die kan voorspellen welke kinderen een ernstige infectie zullen ontwikkelen, zou mooi zijn.

wikkelen van een ernstige infectie. De nauwkeurig-

op regen, neem je een jas mee. Als een kind negentig In iedere groep zaten tien tot twintig kinderen.

procent kans heeft op een ernstig verloop van RSV,

Het aantal bloedmonsters was dus veel minder

moet het natuurlijk in het ziekenhuis blijven. Als er

dan het aantal genen waarnaar werd gekeken en

veertig procent kans is op regen, zal de één wel een

“RSV is één van de belangrijkste virusinfecties bij

Het onderzoeksteam verzamelde bloedmonsters van

dan schiet de klassieke statistiek tekort. “Wij heb-

jas meenemen en de ander niet. Als een kind veertig

kinderen”, vertelt kinderarts Pieter Fraaij. “De

gezonde kinderen, kinderen met een milde RSV-in-

ben daarom een methode gebruikt die machine

procent kans heeft om ernstig ziek te worden, dan

meeste kinderen raken voor het eerst geïnfecteerd in

fectie en kinderen met een ernstige RSV-infectie.

learning heet”, vertelt statisticus Victor Jong.

moet de arts aan de hand van observaties beslissen

hun eerste levensjaar. Het begint met verkoudheids-

Tussen de 20.000 genen die het menselijk genoom

“Met machine learning bouw je stapje voor stapje

wat er gebeurt.”

verschijnselen zoals hoesten, maar een deel van

rijk is, gingen zij op zoek naar die genen die signifi-

een model. Je begint met de variabele (in dit geval

de kinderen wordt daarna zieker en zieker. Eén op

cant in expressie verschillen tussen kinderen met

een gen) dat het sterkst discrimineert tussen een

de honderd kinderen komt uiteindelijk met adem-

een ernstige RSV-infectie en gezonde kinderen of

ernstige infectie of een milde infectie. Vervolgens

halingsklachten terecht in het ziekenhuis. Soms is

kinderen met een milde infectie.

voeg je steeds een variabele toe, totdat de voor-

dat zo ernstig dat patiënten op de intensive care

spellende waarde van het model niet meer toe-

beademd moeten worden.”

neemt.”

Bloedmonsters

Voorspelbaarheid

Welke kinderen dan het risico lopen op een ernstige

Dat werkt ongeveer zo: stel; je zit op een voor-

vorm van infectie, is echter moeilijk te voorspellen.

spelbaarheid van tachtig procent. En met het

Op het moment dat een kind bij de dokter of het ziekenhuis 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 worden 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

“De betrouwbaarheid van deze test ligt tussen de 96 en 97 procent.”

toevoegen van een extra variabele komt de voorspelbaarheid op 80,0001 procent. “Ga je die variabele dan meenemen in je model? Waarschijnlijk niet”, stelt Jong, “Want het heeft niet zoveel zin om variabelen toe te voegen, en dus het model complexer te maken, als de voorspelbaarheid er niet veel beter van wordt.”

die zodra een arts RSV bij een kind constateert al

Het RSV-model kwam uit op 84 variabelen die de

kunnen voorspellen of een kind ernstig ziek gaat

voorspelbaarheid in belangrijke mate verbeterden:

worden of niet.”

84 genen die een belangrijke rol spelen bij het ont-

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

NEUROBASIC

Discussie

NEUROBASIC tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman

Niet overal ter wereld zijn alle vaccins beschikbaar. Wat betekent dat voor virusbestrijding?

Andeweg: “Het is logisch dat mensen het systeem

Andeweg: “Dat niet iedereen toegang heeft tot

mondige burger, de tijd is gelukkig geweest dat

niet vanzelfsprekend vertrouwen. Iedereen is een

medicatie of vaccins is een kwalijke zaak. In de eerste

alleen de dokter weet wat goed voor je is. Maar het

plaats heeft het alles te maken met de oneerlijke ver-

is zorgelijk dat de achterdocht toeneemt. Het doel

deling van welvaart. In de Westerse wereld zijn we

van dit wetenschappelijk onderzoek is afname van

al snel geneigd om te denken dat een virus niet meer

de ziektelast, en dat wordt alleen bereikt als de

bestaat of niet interessant is, terwijl het elders nog

gegenereerde kennis ook kan worden toegepast.

veel problemen veroorzaakt. In ontwikkelingslanden

Vaccins werken niet als je ze op de plank laat liggen

zijn bijvoorbeeld honderden miljoenen mensen het

Hoe kunnen we die achterdocht tegengaan?

slachtoﬀer van chronische virale hepatitis of het

Andeweg: “Degelijke informatie is belangrijk. Die

denguevirus. Beschikbaarheid van vaccins en goede

achterdocht moet ons verder brengen om kennis

medische zorg is uiterst belangrijk – maar (vaak

beter te delen. Als wetenschappers moeten we goed

simpele) hygiënemaatregelen zijn ook cruciaal.”

kunnen vertellen wat de voor- en nadelen kunnen

Osterhaus: “Verspreiding van vaccins en antivirale

zijn van een vaccinatie. Correct geïnformeerde men-

middelen in tijden van crisis heeft vaak te maken met

sen kunnen dan zelf een afweging maken in het

de politieke situatie. Als een paar landen alle vaccins

belang van henzelf en de mensen om hen heen.”

opkopen wanneer een pandemie dreigt, is er voor

Osterhaus: “Aan de ene kant is er veel bereikt en

andere landen niets over. Terwijl pandemische vacci-

gebeurt er goed werk in ons vakgebied, maar het is

natie niet alleen voor de happy few beschikbaar moet

zonde dat we te weinig doen aan de acceptatie van

zijn, maar uiteindelijk voor iedereen die het nodig

de vruchten ervan: nieuwe vaccins. Er circuleren

heeft. Daar moeten we oplossingen voor verzinnen,

vreselijke filmpjes over wat er gebeurt na vaccinatie.

bijvoorbeeld door in Europa gezamenlijk in te kopen.

Niemand rekent de sceptici erop af. Het is de taak

Wetenschappelijk zijn we hier bij Virgo niet mee

voor de wetenschap om tegengeluid te geven.

bezig, maar we zien wel dat we soms door het oog

Daarvoor moeten we ook sociale wetenschappers

van de naald kruipen.”

en sociale media in de arm nemen: leren over de psychologie achter acceptatie, en de manier waarop

Toch is het ook in juist rijke Westerse landen moeilijk om iedereen aan een vaccin te krijgen – zie bijvoorbeeld de ophef rond vaccinatie tegen HPV, het baarmoederhalskanker veroorzakende virus.

communicatie het best werkt.”

Osterhaus: “Ik maak me inderdaad wel zorgen over

Andeweg: “Elke onderzoeker weet dat zijn werk

de acceptatie van vaccins. Mensen zijn kritisch op de

voor de lange termijn is: fundamenteel onderzoek

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

wetenschap; geloven niet zomaar meer wat de dokter

met zicht op praktische toepassing. We zijn gewend

zegt. Aan de ene kant gaat het om religieuze redenen,

dat we niet in één stap thuis zijn; oorlogen, armoede

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

daar kan je weinig aan doen. Maar daarnaast zijn het

en politiek blijven altijd een rol spelen.”

hoogopgeleide mensen die een ‘mazelenparty’ orga-

Osterhaus: “Ons onderzoek is pure noodzaak. We

niseren omdat het zo goed voor kinderen zou zijn.

zien steeds meer infecties de kop op steken. Daar

Er is niks gezonds aan, maar die ouders weten dat

moeten we een wal tegen opwerpen – door onze

niet. Ze hebben het zelf nooit meegemaakt en

SARS-aanpak hebben we een beginnende pandemie

kennen de gevolgen en eventuele complicaties

onder controle gekregen. Doen we dit soort onder-

van de ziekte niet meer.” (zie ook ‘Onschuldig’

zoek niet, dan moeten we met z’n allen op de blaren

mazelenvirus brengt je afweer om zeep, red.)

zitten.”

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

Wat doet zo’n complex probleem met uw motivatie voor dit onderzoek?

Op weg naar genezing van diabetes type 1 DCTI

Bij diabetes type 1 produceert het lichaam geen insuline meer. Dat ontregelt de suikerhuishouding. Het Diabetes Cell Therapy Initiative (DCTI) speurt naar nieuwe behandelmethoden.

DCTI

Introductie tekst: Elles Lalieu beeld: Parkers

Diabetes type 1: op weg naar genezing

Patiënten kunnen in Nederland sinds een paar jaar

producerende cellen uit op te kweken. Met als

een eilandjestransplantatie ondergaan. Daarbij

grootste uitdaging: hoe kunnen we cellen zo

worden de eilandjes van Langerhans uit de alvlees-

opkweken dat er uiteindelijk genoeg is om alle

klier van een overleden donor gehaald en inge-

patiënten met diabetes type 1 te behandelen.

spoten bij de patiënt. Na transplantatie is de glucoseregulatie bij vrijwel iedereen veel stabieler. Maar sommige mensen blijven langere tijd zonder insuline, terwijl anderen

Diabetes staat bekend als sluipmoordenaar, omdat een te hoge bloedsuiker op den duur leidt tot complicaties. Bij patiënten met diabetes type 1 is de bloedsuikerspiegel 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

nooit zonder insuline kunnen of er zelfs na korte tijd toch weer op over moeten.

Cellen verpakken Transplantatie is dus nog niet zo eﬃciënt en dat heeft verschillende oorzaken. Zowel tijdens de transplantatie als

dat echt niet werkt, wordt transplantatie overwogen. Binnen het Diabetes Cell

eenmaal in het lichaam van de

Therapy Initiative (DCTI) is gezocht naar verbetering en alternatieven.

producerende cellen

patiënt gaan er insuline verloren. Om de donorcellen veilig

Alles wat we eten wordt in het lichaam omgezet in

In Nederland leven ongeveer één miljoen mensen

naar de plaats van

glucose: brandstof voor de cellen. Maar de cellen

met diabetes. Daarvan zijn er 900.000 met type 2 en

bestemming te

kunnen die brandstof niet zomaar opnemen. Daar-

100.000 met type 1. Toch is binnen DCTI gekozen

loodsen, is er binnen

voor is insuline nodig. De alvleesklier maakt die

om onderzoek te doen naar nieuwe behandelingen

DCTI gewerkt aan

insuline. Dat gebeurt in de zogenoemde eilandjes

voor diabetes type 1. Projectleider Eelco de Koning

verschillende

van Langerhans; clusters van verschillende celtypen

legt uit waarom: “De glucoseregulatie bij diabetes

dragermaterialen.

die uiteenlopende hormonen afscheiden. De bèta-

type 1 is in het algemeen gecompliceerder dan bij

De Koning: “Door de

cellen in de eilandjes zijn verantwoordelijk voor de

diabetes type 2. Patiënten moeten meteen insuline

donorcellen te ver-

productie van insuline.

gaan spuiten, terwijl er bij type 2 eerst iets gedaan

pakken, creëer je een

kan worden met het dieet of met tabletten.”

omgeving waarin de

Eén miljoen

cellen zich zo goed moge-

Bij diabetes type 1 valt het eigen afweersysteem de

Transplantatie

lijk thuis voelen. Het verlies

eilandjes in de alvleesklier aan. Die raken daarbij zo

Het constante risico op een te hoog of juist te laag

blijft dan beperkt.”

sterk beschadigd dat ze geen insuline meer produ-

glucosegehalte maakt dat patiënten met diabetes

ceren. Glucose kan dan niet meer door de cellen

type 1 de hele dag met hun ziekte bezig zijn. De

Alternatieve bronnen

worden opgenomen en blijft achter in het bloed. Als

impact is zo groot, omdat mensen voortdurend

Naast het eﬃciëntieprobleem speelt

dat chronisch gebeurt, kan dat leiden tot complica-

moeten rekenen. Wat ga ik doen vandaag, wat ga ik

ook donortekort een belangrijke rol.

ties als blindheid, nierfalen, hartklachten en ampu-

eten en hoeveel insuline heb ik dan nodig? En zelfs al

Met het aantal donoren dat er nu is, is

taties. Diabetes type 2 is een heel ander verhaal: type

is die insulinetherapie heel strak, dan nog lukt het

vijftig tot honderd transplantaties per jaar

2 is een stofwisselingsziekte waarbij het lichaam

soms niet om het glucosegehalte onder controle te

het maximum. Maar er komen ieder jaar 1.600

langzaam ongevoelig wordt voor insuline, wat onbe-

krijgen.

handeld tot dezelfde problemen kan leiden.

nieuwe patiënten bij. Daarom is er binnen DCTI gezocht naar alternatieve bronnen om insuline

DCTI

Infographic tekst: René Rector beeld: Parkers

DCTI in vogelvlucht

Insuline pr

huishouding. Het Diabetes Cell Therapy Alvleesklier

delmethoden. Maag

llen

geen insuline meer. Dat ontregelt de suikerInitiative (DCTI) speurt naar nieuwe behan-

c er

e ac èt

Bij Diabetes type 1 produceert het lichaam

odu

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.

Bloedvat

Dunne darm

Is de alvleesklier defect, dan is transplantatie 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.

ndje Eila

van Langerhans 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.

DCTI

Case study

DCTI

Gezocht: cel voor insulineproductie

tekst: Rineke Voogt beeld: Françoise Carlotti

Gezocht: cel voor insulineproductie

links URL

Eilandjes van Langerhans (in rood) kunnen uit de alvleesklier worden geïsoleerd en gescheiden van het overige weefsel. De diameter van een eilandje is ongeveer een tiende millimeter.

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.

Bij een type 1 diabetespatiënt zijn de bètacellen,

Sinds 2008 worden de eilandjes ook los getrans-

te nemen, te vermenigvuldigen in het lab en dan

Het onderzoek naar die weg terug is gaande. Door

die verantwoordelijk zijn voor de insulineproductie,

planteerd. Ze worden ingespoten in de poortader

te implanteren bij de patiënt met diabetes type 1.

de cellen zich te laten groeperen en verschillende

defect of vernietigd. Om toch hun bloedsuikerspie-

van de lever. De alvleesklier blijft daarbij onaan-

Promovenda Maaike Roefs houdt zich bezig met

groeifactoren toe te voegen, lukt het al om ze een

gel op peil te houden spuiten mensen met type 1

geroerd: de klier ontsteekt snel en voor de functie

die mogelijkheid: een kleine hoeveelheid bètacellen

klein beetje terug te laten keren naar hun oorspron-

diabetes insuline. Dat is symptoombestrijding:

van de eilandjes blijkt de lever een prima huisves-

uit een donor doorkweken tot je genoeg nieuwe

kelijke functie. Naar de precieze trigger om de cellen

voor het onderliggende probleem is geen oplossing.

ting te zijn. Alleen: ook hier is een groot tekort aan

bètacellen hebt om te kunnen transplanteren.

weer in vorm te krijgen voor insulineproductie is

Zijn bètacellen eenmaal kapot, dan kunnen ze niet

donoren, en moet een patiënt medicijnen blijven

worden gerepareerd.

slikken tegen afstotingsverschijnselen.

Ze willen zich namelijk noch in het lichaam noch in

Groeifactoren

Wel kun je ze vervangen. Een patiënt kan een donor–

Bètacellen kweken

een schaaltje in het laboratorium vermenigvuldigen.

Roefs werkt daarvoor samen met het biotechnolo-

alvleesklier krijgen, inclusief eilandjes van Langer-

De Leidse onderzoekster Françoise Carlotti en colle-

Bovendien veranderen de cellen die je probeert te

giebedrijf Galapagos. Het bedrijf heeft de capaciteit

hans met daarin werkende bètacellen. Probleem is

ga’s zoeken dan ook naar een manier om insuline

kweken van identiteit. Ze starten als insuline produ-

om op grote schaal de werking van verschillende

alleen: een complete alvleeskliertransplantatie is een

producerende cellen te maken, zonder afhankelijk te

cerende bètacellen, maar transformeren spontaan

medicijnen op weefsel te testen. Dat is ook voor dit

heftige ingreep voor de patiënt en er zijn erg weinig

zijn van donoren. Het doel: gekweekte eilandjes van

in een ander type cel die geen insuline meer produ-

onderzoek handig: zo kan in korte tijd de werking

donoren. (Zie ook Pomp houdt donoralvleesklier in

Langerhans, met bètacellen, klaar voor transplantatie.

ceert. “Het voordeel is dat we die cellen wel kunnen

van stoﬀen als groeifactoren getest worden op de

vorm) Per jaar komen er ongeveer 250 donoralvlees-

Verschillende opties zijn denkbaar om dat doel te

vermeerderen”, zegt Roefs. “Maar nu moeten we

gekweekte bètacellen. Die snelle eerste screening

klieren beschikbaar – te weinig voor de honderddui-

bereiken, vertelt Carlotti, assistant professor bij de

nog een manier zien te vinden om ze weer te laten

van stoﬀen helpt in de zoektocht naar de factoren

zend Nederlanders met diabetes type 1. Bovendien

Diabetesgroep van de afdeling Nierziekten van het

veranderen in bètacellen.” De gedachte is dat de

die in aanmerking komen om de cellen terug te laten

wordt het orgaan na transplantatie soms alsnog

Leids Universitair Medisch Centrum. Het makkelijkst

gekweekte cellen geschikt zijn voor insulineproduc-

keren naar hun bèta-oorsprong.

afgestoten.

zou zijn om bètacellen bij een gezonde donor weg

tie, omdat de cellen dat van oorsprong konden.

het nog zoeken. Bètacellen kweken klinkt eenvoudiger dan het is.

DCTI

Case study

DCTI

Gezocht: cel voor insulineproductie

tekst Naam

Als dat lukt, zou dat de doorbraak zijn waar Roefs

len. En die ductcellen zijn belangrijk in de vorming

waarbij de cellen uit zichzelf gangen lijken te vormen

cellen. “Veel onderzoeksgroepen die met dierlijke

op hoopt. De cellen zouden in een scaﬀold kunnen

van bètacellen: tijdens de ontwikkeling van de

zoals in de embryonale pancreas. De volgende stap is

cellen werken publiceren prachtige resultaten –

worden geplaatst (zie ook Eilandjes transplanteren in

alvleesklier, in de baarmoeder, ontstaan de eilandjes

de ontwikkeling van deze cellen naar bètacellen. De

maar vaak zeggen zulke resultaten weinig over

een kunstmatige alvleesklier) en een diabetespatiënt

van Langerhans vanuit embryonale ductcellen. “Die

onderzoekers zijn er in geslaagd om proof of concept

hoe het bij mensen werkt.” Voor vertaling naar

kan dan nieuw gekweekte eilandjes van Langerhans

embryonale ontwikkeling kunnen we mogelijk in

te laten zien: een klein percentage van de gekweekte

de kliniek is werken met humane cellen cruciaal.

krijgen, zonder dat er een tekort aan donormateriaal

een kweekschaaltje nabootsen”, zegt Tim Dielen,

ductcellen produceert inmiddels insuline.

Er kleven alleen wel nadelen aan: het beperkt de

ontstaat.

die bij de Diabetesgroep van het LUMC aan dit project samenwerkt met promovendus Jeetindra Balak.

Andere kandidaten

snelheid van het onderzoek. Niet alleen vanwege

Bioreactoren

de strengere regels, maar ook omdat er zo weinig

Een derde mogelijkheid om insuline producerende

materiaal is om mee te werken. Van de donororga-

Van de 250 donoralvleesklieren die er jaarlijks in

Embryonale ontwikkeling

cellen te kweken is werken vanuit alfacellen, die ook

nen kunnen ongeveer tachtig alvleesklieren per jaar

Nederland beschikbaar zijn, worden sommige orga-

Hoe je ductcellen uit de alvleesklier isoleert weten

in de eilandjes van Langerhans te vinden zijn en de

worden gebruikt voor onderzoek – mits daarvoor

nen in zijn geheel naar één patiënt getransplanteerd.

we al. Die volwassen cellen moet je ertoe zien te

tegenhanger van insuline produceren: glucagon. Van

toestemming is gegeven door de nabestaanden.

Uit de andere alvleesklieren worden de eilandjes van

bewegen dat ze zich gaan gedragen als embryonale

alfacellen zijn er ongeveer vier keer minder dan van

Langerhans gehaald, zo’n een procent van het totale

ductcellen, zodat ze zich vervolgens kunnen specia-

bètacellen. De onderzoeksgroep van het LUMC ont-

Met het materiaal dat wel voorhanden is werken

orgaan, en getransplanteerd. De rest van de alvlees-

liseren richting bètacel. Dielen: “Het is puzzelen.

dekte dat bètacellen soms spontaan veranderen in

Carlotti en collega’s dan ook zo eﬃciënt mogelijk.

klier is dan vaak waardeloos geworden. Zonde,

We gebruiken wat we weten van embryonale ont-

alfacellen, zodra je een eilandje van Langerhans in

Om de celkweek op te schalen, werken ze samen

vinden de onderzoekers. Dat resterende materiaal

wikkeling. Je moet de genen die nodig zijn voor de

het lab uit elkaar laat vallen en de cellen weer laat

met biotechnologiebedrijf Xpand, dat erin gespecia-

zou nog wel eens van pas kunnen komen.

ontwikkeling van bètacellen identificeren en de

samenvoegen. Als we die spontane verwisseling kun-

liseerd is om in bioreactoren cellen te kweken (zie

kettingreacties die tijdens de groei plaatsvinden

nen omkeren zodat een alfacel een bètacel wordt, is

ook Opdracht: kweek miljoenen bètacellen). Carlotti:

Een van de hoofdonderdelen van de alvleesklier is

in kaart brengen. Die informatie kunnen we dan

de gedachte, dan biedt dat perspectief voor een alter-

“Om ons werk naar de kliniek te kunnen vertalen,

het uitgebreide gangenstelsel, dat alle verterings-

gebruiken om de cel de goede richting op de sturen.”

natieve bron voor insuline producerende cellen.

hebben we een zeer groot aantal cellen nodig. Door

sappen die geproduceerd worden door de alvlees-

De onderzoekers experimenteren met verschillende

klier verzamelt en richting de darmen leidt. Die

groeifactoren. Het is nu mogelijk om voor lange ter-

Het werk van Carlotti en collega’s is bijzonder,

arbeidsintensief: in ons eigen lab kweken we cellen

gangen worden gevormd door zogenoemde ductcel-

mijn ductcellen te kweken in een speciale soort gel,

omdat de onderzoekers zich focussen op menselijke

op een tweedimensionaal vlak, en het kost veel

met Xpand samen te werken is de kweek minder

werk om ze te voeden. Met de driedimensionale celkweek ontwikkeld door Xpand kunnen we de kweek sneller opschalen.”

Een eilandje van Langerhans in de alvleesklier onder de microscoop. Celkernen zijn blauw gekleurd, insulineproducerende cellen (bètacellen) rood en glucagon-producerende cellen (alfacellen) groen.

Bètacellen (in groen) kunnen worden gekweekt in een kweekfles, waarbij ze veranderen van identiteit. Een kenmerk van deze ‘nieuwe’ identiteit is gekleurd in rood. Celkernen zijn blauw gekleurd.

DCTI

Procesverslag tekst: Rineke Voogt

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen

FOTO: XPAND

FOTO: MAAIKE ROEFS

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.

Zomer 2012

WI O:

Najaar 2013

Voorjaar 2014

Voorjaar 2015

De eerste batch cellen komt uit

Een doorbraak voor de gestripte

Je moet je cellen goed kennen om

Leiden aan bij Xpand. Omdat

bètacellen: een nieuwe batch

ze te kunnen kweken. Dat bèta’s

volwassen bètacellen niet willen

cellen, voorzien van een fluores-

niet makkelijk zijn, is inmiddels

delen, hebben de Leidse onder-

cerend labeltje, blijken goed te

duidelijk. De cellen zijn ook al

zoekers bètacellen veranderd:

hechten. Microcarrier CellBind

niet onder de indruk van enzy-

de “gestripte” cellen produceren

blaakt van de fluorescentie, zodra

men die normaal gesproken

Xpand is een biotechnologiebe-

geen insuline meer, maar kunnen

Tra hem prepareert.

makkelijk cellen losweken van

gezonde, goed functionerende

drijf gespecialiseerd in het kwe-

wel delen. Zowel gestripte bèta-

Het succes blijkt van korte duur.

de microcarriers. Zelfs na een

bètacellen te transplanteren in

ken van mesenchymale stam-

cellen als ductcellen moeten in

Bèta’s willen wel blijven plakken

uur badderen in een mengsel

een patiënt die ze niet meer heeft.

cellen (die later kunnen specia-

kweek. Nu is het zaak zo snel

aan CellBind, maar ze laten nooit

met het enzym laten lang niet alle

Daarvoor heb je natuurlijk vol-

liseren in bijvoorbeeld vetcellen,

mogelijk uit te zoeken onder

meer los.

cellen los. Moeten ze nog langer?

doende bètacellen nodig. Het

bot- of spierweefsel). Ruud Das

welke omstandigheden de cellen

Dat kan eigenlijk niet, want dan

20??

ontbreekt aan donormateriaal,

en Wendy Tra van Xpand willen

het best gedijen. Helaas loopt

gaan er ook cellen kapot.

De oogst is gelukt! Dus nu op naar

en dus speuren de onderzoekers

dezelfde techniek gebruiken

het al snel op een teleurstelling

Winter 2014

de volgende stap: de cellen kwe-

naar manieren om nieuwe insu-

voor het kweken van bètacellen.

uit. Om de cellen te kweken in

Ductcellen leken naast bètacellen

ken in de bioreactor. Daarin kan

line producerende cellen te

Daarvoor gebruiken ze een speci-

de bioreactor (en ze niet met het

een goed alternatief om op te

maken (zie ook Gezocht: cel voor

ale zelfontwikkelde bioreactor,

medium weg te laten spoelen),

kweken. Maar ze blijken buiten-

Zomer 2015

kweekflessen aan cellen tegelijk

insulineproductie). Maar dat is niet

waarbij in een grote plastic zak

moeten ze hechten aan een zoge-

gewoon lastige klanten. De popu-

De cellen van twee donoren staan

groeien. Tweehonderd miljoen,

de enige uitdaging: het moet

in een gecontroleerde omgeving

noemde “microcarrier”: een

latie cellen die je kweekt is niet

op kweek in platte kweekflessen.

als het meezit. Dat zijn genoeg

namelijk niet alleen in een rea-

veel cellen tegelijk kunnen

knikker van tweehonderd micro-

zuiver, het is moeilijk ze te sorte-

Het gaat de goede kant op: de

bètacellen voor tientallen patiën-

geerbuisje werken, het moet op

groeien terwijl ze met minder

meter met eiwitten eromheen,

ren. En ze hebben enorm veel

goede microcarrier, de juiste

ten met diabetes type 1. Althans,

grote schaal. Een gezond persoon

medium toekunnen. Dat moet

waarop cellen goed groeien.

medium nodig. Na maanden

groeifactoren en vijftig procent

als het lukt om de gestripte bèta’s

heeft in zijn alvleesklier ongeveer

ook met bèta’s kunnen, is de

Als Tra in een kweekplaat cellen

experimenteren trekt Tra de

van de gekweekte cellen kan

weer te veranderen in insuline

een miljoen eilandjes van Langer-

gedachte.

toevoegt aan medium met micro-

stekker eruit. Ductcellen hebben

geoogst worden. Genoeg is het

producerende cellen. Wordt aan

hans, die voor zestig procent uit

carriers en het medium er na een

vanaf nu geen prioriteit meer:

nog niet. Das en Tra zijn niet

gewerkt.

bètacellen bestaan. Er moet dus

poos afhaalt, zijn er amper bolle-

Xpand focust op bètacellen.

bereid zomaar de helft van de

veel gekweekt worden. En daar

tjes vol cellen te zien: helaas, ze

kweek op te geven. Dat oogsten

komt Xpand in beeld.

willen niet hechten.

moet beter kunnen.

100

FOTO: XPAND

Het hele idee achter DCTI is om

het equivalent van honderd platte

101

DCTI

Beeldreportage

DCTI tekst: Elles Lalieu beeld: Aart van Apeldoorn

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier Vijftig eurocent In 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 kunnen gecontroleerd kleine gaatjes in het materiaal worden aangebracht. Het resultaat is een elastisch, 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 transplantatie. “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.

102

103

DCTI

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier

beeld: Paul de Vos

Elf kunstmatige alvleesklieren Immunoloog Paul de Vos onderzoekt de effectiviteit 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 alvleesklier 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.

104

105

DCTI

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier

DCTI

Inter view tekst: Rineke Voogt beeld: Marjolein Leemkuil

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.

“Direct na transplantatie in de lever gaat al meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren.” 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 weinig kunnen hebben, in een kunstmatige omgeving te transplanteren die de alvleesklier nabootst.”

Pomp houdt donoralvleesklier in vorm Bij sommige diabetes-type-1-patiënten is het glucosegehalte van het bloed ondanks insulinebehandeling zo slecht onder controle te houden, dat transplantatie 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. Een patiënt met diabetes type 1 kan zijn of haar

bloedsuiker, waarvan ze vaak op vroege leeftijd al de

bloedsuikerspiegel meestal redelijk onder controle

gevolgen ondervinden. Een continu te hoge bloed-

houden door op bepaalde momenten insuline te

suikerspiegel kan bijvoorbeeld leiden tot nierfalen

spuiten. Er zijn echter patiënten bij wie dat erg lastig

of schade aan het netvlies of de zenuwen; van een

blijkt: bij hen zijn er enorm veel wisselingen in hun

te laag glucosegehalte kun je bewusteloos of zelfs in coma raken. Die groep heeft baat bij een alvleeskliertransplan-

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 efficient 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 overleden 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 kunstmatige alvleesklier brengen.” 106

tatie. Leemkuil: “Dat is een ingrijpende operatie, met een hoog risico op complicaties. Een deel van de patiënten is lichamelijk niet fit genoeg om zo’n grote operatie te ondergaan. Soms moet een patiënt maanden in het ziekenhuis blijven. De resultaten na een geslaagde transplantatie zijn overigens goed; een groot deel van de patiënten hoeft geen insuline meer te gebruiken.” Per jaar worden er in Nederland rond de dertig alvleesklieren getransplanteerd. Zo’n operatie vereist Een menselijke alvleesklier wordt voorbereid voor koppeling aan de pomp.

107

DCTI

Pomp houdt donoralvleesklier in vorm

Een alvleesklier die is aangesloten op de pomp. Deze voorziet hem van zuurstof en nutriënten, waardoor het orgaan in betere conditie blijft.

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 alvleesklieren 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 Universitair Medisch Centrum.

“Soms moet een patiënt maanden in het ziekenhuis blijven.” “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 specifieke pomp komen voor de alvleesklier, waarbij we de instellingen kunnen toespitsen op de ‘wensen’ van het orgaan.” Ook logistiek zijn er nog wat haken veel voorbereiding en grote zorgvuldigheid. Een

en in een piepschuimdoos op ijs getransporteerd

Sluit je een orgaan meteen aan op een pomp, dan

en ogen: zodra een chirurg een donoralvleesklier

alvleesklier is week van structuur, en veel minder

naar het ontvangend ziekenhuis. Hier worden ze

kun je er ook eerst tests op uitvoeren voor je hem

uitneemt, moet iemand het orgaan op de pomp

solide dan een nier of een lever, waardoor het snel

aangesloten op de bloedvaten van de ontvanger,

transplanteert. Leuvenink: “Als je een oude auto

aansluiten. De pomp reist vervolgens mee naar de

beschadigt. De gevolgen daarvan zijn groot: een

waarna er weer warm bloed door het orgaan

koopt, wil je ook zeker weten dat de motor goed is.

ontvanger van het orgaan – maar mag dat wel in het

alvleesklier bestaat namelijk slechts voor ongeveer

stroomt. Dat moet anders kunnen, vonden de

Van een donororgaan dat in een piepschuimdoos

vliegtuig? Wie gaat er dan mee? “Dat soort kwesties

twee procent uit de eilandjes van Langerhans (met

Groningse onderzoekers.

binnenkomt weet je niets. Het is dus heel relevant

moeten we eerst oplossen”, zegt Leuvenink.

daarin de insuline producerende cellen), maar voor

om het orgaan eerst op de ‘testbank’ te leggen. Bij

het grootste gedeelte uit cellen die spijsverterings-

Een alternatief voor de piepschuimdoos is de

een alvleesklier wil je natuurlijk weten: produceert

Als die alvleesklierpomp er eenmaal is, kan hij wel-

enzymen aanmaken. Als die door schade gaan lekken

zogenoemde machineperfusie, een methode die is

hij wel insuline?”

licht ook worden gebruikt bij de transplantatie van

in de buikholte van de ontvanger, kunnen ze mogelijk

afgekeken van de hart-longmachine. Als je het te

ook de eigen organen verteren. En ondanks de zorg-

transplanteren orgaan na uitname kunt aansluiten

Voor de nier, de lever en longen bestaat zo’n pomp al

eilandjes van een op de pomp aangesloten alvlees-

vuldigheid van artsen treden er vaak complicaties op.

op zo’n soort machine, verklein je de kans op

langer. Machineperfusie bij de alvleesklier is een nog

klier een betere conditie hebben. Dat is gunstig,

schade. “Wanneer een orgaan afkoelt, daalt het

onontgonnen expertise. Leemkuil heeft binnen DCTI

want losse eilandjes functioneren minder goed dan

Leuvenink en Leemkuil willen de kans op schade

metabolisme tot ongeveer tien procent. De organen

gewerkt aan een prototype voor de pomp, gebruik-

een hele alvleesklier. Daarom zijn er voor transplan-

aan de alvleesklier zoveel mogelijk verkleinen, zodat

hebben dan dus nog steeds zuurstof en voedingsstof-

makend van bestaande apparaten voor de nier. “We

tatie nu eilandjes van twee of drie donoren nodig.

het aantal geschikte donororganen toeneemt.

fen nodig. Met een pomp kun je het orgaan continu

hebben gemerkt dat deze pomp niet geschikt is voor

Leuvenink: “We willen proberen om met de pomp

“Tijdens een donatieprocedure treedt er in verschil-

doorspoelen met een vloeistof naar keuze, en het

een alvleesklier en nog aanpassingen behoeft, maar

de conditie van de alvleesklier en dus de kwaliteit

lende stappen schade op aan de organen”, zegt

bovendien op de gewenste temperatuur houden. Een

eerst wilden we testen of een dergelijke opstelling

van de eilandjes beter te maken, zodat we met één

Leuvenink. Risico op schade start al bij het overlij-

oxygenator levert zuurstof. Je zou zelfs medicijnen

überhaupt eﬀect heeft voor dit orgaan. Als het veilig

alvleesklier toekunnen.”

den van de donor. Vervolgens worden de organen op

kunnen geven of het orgaan kunnen repareren”,

lijkt, dan kunnen we een pomp ontwikkelen speci-

de operatiekamer gekoeld, uit het lichaam genomen

zegt Leuvenink.

fiek voor de alvleesklier.”

108

eilandjes van Langerhans. De verwachting is dat de

109

DCTI

Discussie

DCTI tekst: Elles Lalieu beeld: LUMC

Eerste tests versus laatste strohalm

Na transplantatie werken de eilandjes van Langerhans nog niet optimaal. Waarom wordt die behandeling toch uitgevoerd?

Wat is dan het grote verschil?

“Omdat behandeling vaak wel eﬀectief is. De eerste

te houden, totdat ze een paar dagen later worden

eilandjestransplantatie werd uitgevoerd in de jaren

getransplanteerd. Eigenlijk doe je verder niks bij-

tachtig. En inmiddels is die behandeling wereldwijd

zonders met de cellen. Stamcellen moeten zich eerst

zo’n 2.000 tot 3.000 keer gedaan. De behandeling

delen, zodat je er lekker veel van krijgt. En dan kun

verbetert een moeizame glucoseregulatie bij de

je ze met behulp van groeifactoren laten uitrijpen.

patiënt, al zijn er wel bijwerkingen zoals infecties of

Stamcellen blijven langer in kweek dan donor-

een verhoogd risico op bepaalde vormen van huid-

cellen en kunnen tijdens die kweekperiode

kanker. We willen de behandeling op dit moment

allerlei veranderingen ondergaan, ook genetische

verbeteren door het gebruik van dragermaterialen.”

veranderingen.”

En die dragermaterialen kun je zomaar op de mens uitproberen?

En wat heeft dat voor gevolgen voor het testen op mensen?

“Nee, dat kan niet. Dat zal moeten gebeuren in

“Het betekent dat je het celproduct heel goed moet

een onderzoekssetting, met toestemming van de

testen. Je moet bijvoorbeeld aantonen dat je tijdens

medisch-ethische commissie van het ziekenhuis.

het kweken geen kankercellen aan het maken bent.

Binnen DCTI hebben we de dragermaterialen getest

Behandeling met stamcellen is daarom iets voor de

in kleine proefdieren. Nu zullen we de eﬀectiviteit

verdere toekomst.”

“Wat we nu doen is eilandjes uit de alvleesklier van een donor isoleren en proberen die in leven

en de veiligheid nog moeten aantonen in grotere tests succesvol zijn, kun je de behandeling toepassen

Als het er ooit van komt. Want kankercellen, dat klinkt best riskant.

bij patiënten.”

“Er zijn niet genoeg donoren om iedereen met

proefdieren, zoals bijvoorbeeld varkens. Pas als die

diabetes type 1 te kunnen behandelen. Dus als we

Hoe zou zo’n eerste toepassing eruit kunnen zien?

meer willen doen dan symptoombestrijding met

“We zouden de meeste eilandjes via de gangbare

insuline-injecties, maar een definitieve oplossing

methode in de lever kunnen transplanteren. En

willen creëren, moeten we naar andere celbronnen

daarnaast een klein gedeelte van de eilandjes in

toe. Dat kan niet anders. Belangrijk is wel dat pati-

dragermaterialen ergens anders transplanteren,

enten bij onderzoek naar een nieuwe behandeling

bijvoorbeeld onder de huid. Dan krijgen patiënten

altijd toestemming moeten geven. Van tevoren

Voor patiënten die hun glucosegehalte maar niet onder controle kunnen

de reguliere behandeling en kunnen we ook zien

zullen ze heel goed geïnformeerd worden over de

krijgen, is elke nieuwe vorm van therapie een laatste strohalm. Maar

hoe eilandjes in dragermaterialen zich gedragen in

mogelijke risico’s. En de celproducten moeten

het menselijk lichaam.”

uitermate goed getest zijn op veiligheid.”

Nu is er vanwege het donortekort ook sprake van een mogelijke behandeling met stamcellen. Geldt daarvoor dezelfde procedure?

Wat is de huidige stand van zaken?

“De verschillende dragermaterialen zijn al door

bij patiënten met diabetes. Een echte oplossing

instanties goedgekeurd voor gebruik in de mens.

zou dan ook zeer welkom zijn. Maar, zoals bij al het

Dat is ook één van de redenen dat we bij aanvang

medisch wetenschappelijk onderzoek, is dit geen

van het onderzoek voor deze materialen hebben

kwestie van weken of maanden maar een kwestie

gekozen. Als je stamcellen gaat toevoegen, begeef

van jaren. Patiënten zullen dus geduld moeten

je jezelf op een heel ander terrein.”

hebben voordat ze zich aan deze strohalm kunnen

hoe ga je daar als arts en wetenschapper mee om? Wanneer is toepassen veilig genoeg om de patiënt erbij te betrekken? Eelco de Koning, hoogleraar Diabetologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum, legt uit.

“In Engeland is inmiddels één op de zes ziekenhuisbedden bezet door behandeling van complicaties

vastklampen.”

110

111

Help het lichaam zichzelf te herstellen NIRM

Wat kapot gaat, moet gerepareerd worden. Zo ook in ons lichaam. Waar het lichaam het zelf niet kan, probeert regeneratieve geneeskunde te helpen.

NIRM

Infographic tekst: René Rector beeld: Parkers

Als tissue engineering en stamcelonderzoek elkaar ontmoeten

Soms zijn weefsels en organen

levenslang medicijnen slikken om

het lichaam voldoende weefsel

zodanig beschadigd, dat ze uit

afstotingsverschijnselen te voor-

op te kweken uit cellen van de

zichzelf niet meer herstellen.

komen. Bij regeneratieve genees-

patiënt. Bovendien moet dat

Wanneer dat herstel wel nodig

kunde gaat het anders: buiten

weefsel op precies de goede

is omdat de functie essentieel is

het lichaam wordt lichaamseigen

manier ontwikkelen, zodat het

Hele organen of weefselstructuren buiten het lichaam bouwen, en met behulp

voor een kwalitatief acceptabel

celmateriaal opgekweekt, en dat

de juiste functie kan uitoefenen.

van dat bouwsel het lichaam helpen zichzelf te herstellen: daar gaat het om

leven, zijn patiënten nu meestal

wordt in plaats van donormateri-

Daartoe maken tissue engineers

aangewezen op symptoombestrij-

aal geïmplanteerd.

vaak buiten het lichaam een soort

bij tissue engineering. Maar tissue engineering is nog niet zo makkelijk. Want

ding of donatie. Donormateriaal

Het blijkt een lastige noot om te

steiger (een scaﬀold, in vak-

hoe zorg je dat precies het goede weefsel gaat groeien?

is echter vaak schaars, en eenmaal

kraken. Als behandelend arts

termen) van bio-afbreekbaar

geïmplanteerd moet een patiënt

moet je in staat zijn om buiten

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 uitontwikkeld zijn. “Slim maken” betekent dat er in steigermateriaal instructies worden ingebakken zodat de stamcellen weten wat ze moeten doen.

1 Een arts neemt stamcellen weg uit het lichaam.

114

2 In het lab wordt een steiger gebouwd. Dit kan op verschillende manieren. Soms wordt een steiger geprint met een 3D-printer. In andere gevallen wordt bio-afbreekbaar materiaal gemodelleerd in de juiste vorm.

3 Op de steiger worden stamcellen 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 herstelwerkzaamheden over. Afstotingsverschijnselen zijn er niet, omdat het implantaat uit eigen cellen is opgekweekt. 115

NIRM

Inter view

NIRM tekst: Rineke Voogt

Een paardenmiddel – kraakbeen printen

voor gewrichtsherstel

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.

Waarom is onderzoek aan paardenkraakbeen zo belangrijk?

echter altijd littekenweefsel dat een veel slechtere

“Veruit de meeste dieren die we hebben gedomesti-

andere optie is het hele gewricht vervangen door

ceerd zijn belangrijk vanwege hun producten. Maar

een kunstgewricht, maar kunstgewrichten zijn niet

bij het paard gaat het echt om de beweging: paarden

optimaal en hebben maar een beperkte levensduur.

werden ingezet in het leger, de landbouw, het trans-

Wij zoeken naar een oplossing met stamcellen, zodat

port – en nu vooral in sport. Vergelijk het maar met

het kraakbeen zichzelf wél kan herstellen.”

kwaliteit heeft dan het originele kraakbeen. Een

sportgeneeskunde: het bewegingsapparaat van het paard is essentieel. De meeste gezondheidsproblemen die we in de paardenwereld tegenkomen, zitten dan ook in het spier-skeletstelsel. Beschadigd gewrichtskraakbeen is een van de grootste oorzaken van slecht functioneren.”

“Je zou zo’n driehonderd jaar moeten wachten voor gewrichtskraakbeen volledig vernieuwd is”

En die schade is niet te repareren?

Hoe gaat dat in zijn werk?

“Kraakbeen is ingewikkeld spul. In tegenstelling

“Het idee is: kraakbeen kun je niet namaken, maar

tot bijna alle andere weefsels herstelt het zich bij

je kunt wel een biomateriaal (een zogenoemde

volwassenen na beschadiging niet. Kraakbeencellen

scaﬀold) implanteren waar cellen in overleven

maken zeer langzaam nieuw collageen aan; je zou

die nieuw kraakbeen aanmaken. Daarvoor

zo’n driehonderd jaar moeten wachten voor

werken we samen met het Universitair Medisch

gewrichtskraakbeen volledig vernieuwd is. Dat het

Centrum Utrecht; zij werken met 3D-printers aan

zo slecht herstelt weten we trouwens al sinds een

dat biomateriaal. Er zijn nog veel variabelen in dat

publicatie erover in 1743, maar een oplossing is er

onderzoek: je kunt kraakbeencellen, kraakbeen-

nog steeds niet. Bij iemand met een gat in het kraak-

stamcellen, of algemenere IPS-cellen gebruiken.

been worden nu vaak gaatjes geboord in het onder-

Ook werken we binnen NIRM ook aan een biomate-

liggende bot, zodat cellen uit het beenmerg het gat

riaal met “vesikels”. Dat zijn blaasjes met stoﬀen,

kunnen opvullen met nieuw weefsel. Dan ontstaat

bijvoorbeeld RNA, die zorgen voor de communicatie

116

Een paard wordt na behandeling op een speciale loopband 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.

117

NIRM

Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel

NIRM

Case study tekst: Rineke Voogt beeld: Hartstichting

tussen cellen. Als die vesikels je eigen kraakbeen-

En?

cellen ertoe kunnen aanzetten dat ze wél weer

“We zijn er nog lang niet: als we erin zouden slagen

collageen produceren, heb je geen stamcellen

echt goed kraakbeenweefsel aan te maken, dan staan

meer nodig.”

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

IPS-cellen

paard lastig dat het geïmplanteerde materiaal meteen

Induced pluripotent stem cells (IPSC’s of IPS-cellen)

al op de proef gesteld wordt, want het dier belast

zijn stamcellen die gemaakt worden uit volwassen

zijn been al direct na de operatie als het gaat staan.

huidcellen. Die stamcellen kunnen zich vervolgens

Wat dat betreft zijn mensen makkelijker. Die kun je

specialiseren tot zeer uiteenlopende type cellen.

gewoon opdragen om een tijd plat te gaan liggen.”

Het voordeel van het gebruik van deze stamcellen is

Design je eigen hartklep Mensen met een lekkende of vernauwde hartklep kunnen een vervangende

dat je ze kunt kweken van de patiënt zelf. Dat voorkomt problemen met het immuunsysteem.

Pijnloze slijtage Schade aan gewrichtskraakbeen is in eerste instantie niet merkbaar: kraakbeenweefsel heeft geen zenuwen.

Zijn deze technieken al in de praktijk toegepast?

Maar als er eenmaal beschadiging is opgetreden,

“Het groeien van de cellen in het biomateriaal kun je

slijt de rest van het kraakbeen ook sneller weg. En dat

in vitro testen. Aan onze kant doen we de testen bij

levert wel pijn op, omdat het onderliggende bot – dat

paarden. Gelukkig is het bij paarden veel makkelijker

wél heel goed van zenuwen voorzien is, en dus heel

om allerlei dingen te meten dan bij klassieke proef-

gevoelig – dan bloot komt te liggen.

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 lichaamseigen cellen aantrekt en daarvan zelf een nieuwe hartklep vormt.

dieren als een muis of rat. We maken dan een klein Een nieuw soort implanteerbare hartklep die lijkt

defect in het kraakbeen, waarna het paard de interventie 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

op een echte klep is hard nodig. De kunstmatige

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

“Als we erin zouden slagen echt goed kraakbeenweefsel aan te maken, dan staan we zo op de rol voor de Nobelprijs.”

gekeken naar de dikte, samenstelling en andere eigenschappen van kraakbeen van verschillende

exemplaren die nu worden gebruikt voor implantatie hebben behoorlijke nadelen. Carlijn Bouten, hoogleraar Biomedische technologie aan de 1 Het hart pompt onafgebroken bloed rond in het lichaam.

Technische Universiteit Eindhoven legt uit: “Een mechanische prothese leeft niet. Die is gemaakt van kunststof en metaal, en kun je horen tikken.

dieren. We hebben wel 120 dieren vergeleken van

Wat erger is: deze kleppen slaan de bloedlichaam-

58 zoogdiersoorten – dieren die in de dierentuin

pjes kapot. Je moet daarom je leven lang medicijnen

doodgaan, komen namelijk bij ons voor analyse.

slikken tegen trombose. Maar met zulke bloedver-

Wat bleek: het kraakbeen van veel dieren zwaarder dan een kilogram is heel vergelijkbaar. En van een

2 Door een slecht functionerende hartklep moet het hart te hard werken. Uiteindelijk is dat funest.

dunners zijn bloedingen lastig te stoppen. Kortom: de kwaliteit van leven gaat voor een patiënt wel

kracht het zet op de grond, wat de hoeken in de

paard en een mens ligt het type kraakbeen zeer dicht

gewrichten zijn, of welk been kreupel is. Met came-

bij elkaar. Als reparatie bij het paard lukt, dan lukt

ra’s kunnen we de hele beweging analyseren. En

het bijna vanzelfsprekend ook bij de mens. Daarom

evenmin ideaal, omdat je die na zo’n vijftien jaar

met een soort kijkoperatie kunnen we zelfs visueel

kunnen we ook hecht samenwerken met onderzoe-

moet vervangen. Voor jonge patiënten betekent

volgen of en hoe het kraakbeen zich herstelt.

kers aan de humane kant, van het UMC Utrecht.

Biomarkers in de gewrichtsvloeistof vertellen ons

Doelsoort voor dit onderzoek is niet alleen het

of er een ontsteking is opgetreden, en of er extra

paard, maar ook de mens.”

collageen is aangemaakt of afgebroken.”

118

3 De tissue engineerd kunsthartklep wordt op de plek van de defecte lichaamseigen hartklep geplaatst.

omhoog, maar eigenlijk krijg je een aandoening erbij.” Een biologische klep van een donor(dier) is

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.

119

NIRM

Design je eigen hartklep

4 De kunstklep wordt gemaakt van afbreekbaar materiaal.

Dat moet anders kunnen, dachten Bouten en col-

bevorderen door monocyten (een type witte bloed-

Waar in het lab van Bouten de “in vivo-situatie”

lega’s. Al eerder werkten zij aan een nieuw type, in

cel) uit het bloed aan te trekken. De cellen vormen in

wordt nagebootst, kun je ook de omstandigheden

het lab opgekweekte tissue-engineered kunsthart-

de mal van de scaﬀold dan langzaam maar zeker een

klep. “Hartkleppen gaan honderdduizend keer per

sterk weefsel. Al eerder slaagden de Eindhovense

dag open en dicht. Het idee is dat levende kleppen

wetenschappers erin om met die methode bloed-

een stuk beter functioneren. Ze slijten niet, en zijn

vaten te vervangen.

‘self-healing’. Ze passen zich aan aan nieuwe om-

5 Ingezoomd op het materiaal – een soort plastic – blijkt dat je er allerlei stoffen aan zou kunnen ophangen.

van een ziek of oud lichaam simuleren. Bij mensen met diabetes gaat het genezen van een wond bijvoorbeeld 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

standigheden, zoals bijvoorbeeld een verhoogde bloeddruk. Via tissue-engineering kun je levende prothesen bouwen, en we wilden dat ook voor

De scaffold

hartkleppen doen.”

Het implantaat, de scaffold die de basis vormt voor de hartklep, bestaat uit draadjes biologisch afbreekbare

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

mensen. De scaﬀoldmethode biedt mogelijkheden om ook lastiger omstandigheden het hoofd te bieden, door

Een leven lang

polymeren van een duizendste millimeter dun. Biotech-

Met zo’n tissue-engineered klep, gemaakt uit

nologiebedrijf Xeltis bouwt die scaffolds. “Ongeveer

lichaamseigen cellen, vang je de nadelen op van de

zoals je een suikerspin maakt”, vertelt Martijn Cox van

rijke patiëntgroepen uitzoeken welke extra’s goed

gebruikelijke kunstkleppen: geen trombose of afsto-

Xeltis. Met elektrische lading wordt een lange dunne

werken. “Maar natuurlijk kan beschadiging van de

tingsverschijnselen, en levende tissue-engineered

draad om een mal van een harklep gesponnen, waar-

hartklep ook opnieuw voorkomen. We moeten voor

kleppen kunnen meegroeien met de patiënt en een

door een 3D-netwerk ontstaat waar lichaamscellen in

bijvoorbeeld diabetes dus bepalen of deze techniek

leven lang meegaan.

kunnen blijven haken.

Maar een in het lab gekweekte hartklep heeft ook

7 Door de lokstoffen koloniseren witte bloedcellen de scaffold.

in de scaﬀold extra hulpstoﬀen aan te brengen. Bouten en collega’s willen voor een aantal belang-

wel of niet geschikt is”, zegt Bouten.

Schapen De volgende halte voor deze behandeling is proef-

nadelen. Het is niet duidelijk van wie de hartklep eigenlijk is – de onderzoekers, de patiënt, of de arts?

Speciale groepen

Een infectie is gauw opgelopen. Bovendien: de kweek

Mechanisch lijkt de klep al goed te werken. De uit-

kost ruim acht weken en is erg duur. Daarom zijn de

daging is om de klep in het lichaam precies het goede

Eindhovense onderzoekers een andere weg ingesla-

weefsel te laten groeien. Een hartklep moet sterk

gen: het implanteren van een levenloze steiger - een

zijn, maar tegelijk flexibel. Hij moet de juiste vorm

scaﬀold, in jargon – die zich in het lichaam zelf ont-

krijgen. En de afbraak van de scaﬀold moet niet te

popt tot een volledig functionerende hartklep.

snel of te langzaam gebeuren. “Dat proces moeten we

schaap, waar eerder al in het lab gekweekte kleppen

dieronderzoek. Hoewel het humaan modelsysteem 8 Door de aanwezigheid van de witte bloedcellen wordt de scaffold langzaamaan verstevigd met collageen.

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

nog finetunen”, zegt Bouten. En dat gebeurt buiten

op werden getest. Die dieren zijn namelijk het worst-

Hulpstoffen

het lichaam, in het Eindhovense lab. De scaﬀolds

case-scenario, vanwege de snelheid waarmee bij

Het principe is simpel: neem een stevig, maar

worden in een bioreactor geplaatst waarin ze worden

poreus plasticachtig materiaal dat in het lichaam

voorzien van stromend kunstbloed, om de situatie

afbreekbaar is, implanteer het, en laat het lichaam

in het lichaam zo goed mogelijk na te bootsten. Een

die scaﬀold zelf opvullen met eigen cellen. Bouten:

“humaan modelsysteem”, noemen de onderzoekers

“Het lichaam kan heel goed zelf weefsel maken.

het. Bouten: “We moeten nog veel testen. Je wilt

Kijk maar naar de reparatie van een wond. Een ont-

weten hoe snel het weefsel groeit, en hoe je de

Die laatste fase, de scaﬀold implanteren bij mensen

steking zet het lichaam aan tot reparatie. Het enige

afbraak van het scaﬀoldmateriaal aan- of uitzet. Een

met een slecht functionerende hartklep, laat nog

wat je hoeft te doen, is dat proces in goede banen

scaﬀold heeft bepaalde eigenschappen, maar als het

even op zich wachten. Maar wanneer de klep twee

leiden.” De groep van Bouten begeleidt het groei-

weefsel erin groeit veranderen die. Zie het als een

proces, door bijvoorbeeld aan de scaﬀold bepaalde

Ikea-test: je moet zeker weten dat de klep uiteinde-

actieve moleculen toe te voegen die de genezing

lijk kan en volhoudt waar die voor bedoeld is.”

120

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

10 Het lichaam heeft de oude, defecte klep vervangen door nieuw materiaal.

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.

jaar goed bij een schaap blijkt te functioneren, is voor de onderzoekers de stap naar een eerste klinische studie mogelijk.

121

NIRM

Inter view/case study

NIRM tekst: Elles Lalieu beeld: UMC Utrecht

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen 122

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 kraakbeenweefsel te laten worden. En dat lukt al vrij aardig.

123

NIRM

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

Vorige pagina's: Klein stukje geprint materiaal in een petrischaaltje.

Celbioloog Clemens van Blitterswijk promoveerde in

kunnen we helaas nog niet. Maar ik zie dit wel als

de jaren tachtig van de vorige eeuw op de ontwikke-

een proof of concept. We kunnen op een makkelijke

ling van keramische gehoorbeentjes. Inmiddels is hij

manier een grote hoeveelheid gehoorbeentjes maken

hoogleraar Regeneratieve geneeskunde aan de Uni-

en dat zal weinig kosten. Want dat is wel één van de

versiteit van Maastricht. In de afgelopen dertig jaar

uitdagingen van de regeneratieve geneeskunde: we

heeft hij een hoop onderzoek gedaan op het gebied

kunnen van alles maken, maar als het onbetaalbaar

van weefselregeneratie: het maken van natuurlijke

is heeft natuurlijk niemand daar iets aan.”

De bioprinter zoals hij in de biofabrication facility staat. De printer wordt niet alleen gebruikt voor orthopedisch onderzoek, maar is breed inzetbaar.

weefsels om kapotte onderdelen in het lichaam te kunnen vervangen.

Topochip De stijgbeugel van kraakbeen is een praktisch voor-

“Binnen mijn onderzoeksgroep is nu het kleinste

beeld, waar heel wat onderzoek aan vooraf is gegaan.

gehoorbeentje, de stijgbeugel, gemaakt van kraak-

Stamcellen groeien op verschillende oppervlakken,

been”, vertelt van Blitterswijk enthousiast. “In het

maar niet op elk oppervlak op dezelfde manier. De

oor is zo’n gehoorbeentje van bot gemaakt en dat

vorm en structuur van zo’n oppervlak bepalen hoe

een stamcel zich gedraagt en tot welk type cel hij

Richtte de Topochip zich nog op individuele cellen,

uiteindelijk uitgroeit. Om de relatie tussen het

inmiddels heeft van Blitterswijk ook een systeem

oppervlak en het gedrag van cellen te kunnen

ontwikkeld om miniorgaantjes te kunnen kweken

onderzoeken ontwikkelden van Blitterswijk en zijn

op verschillende structuren. “In het laboratorium

team de Topochip, een chip met ruim tweeduizend

wordt veel gebruik gemaakt van 96-wells platen”,

verschillende oppervlaktestructuren.

vertelt hij. “Daarmee kun je 96 condities in één keer testen. Wat wij gedaan hebben, is de bodem van

Op de chip worden stamcellen gezaaid, die zich ver-

elk van die vakjes bedekken met 580 kleine micro-

volgens hechten aan één van de structuren. Cellen

kweekbakjes. Op een hele plaat kun je dan 50.000

lijken de structuur waar ze op zitten te “lezen”,

micro-orgaantjes kweken.”

net zoals blinden braille kunnen lezen. Stamcellen specialiseren zich, afhankelijk van de structuur, in

Bouwblokken

een bepaalde richting. Op het ene oppervlak worden

Boven op de microkweekbakjes bevindt zich een

ze bijvoorbeeld spiercellen, op het andere oppervlak

laagje gel waar stamcellen op gezaaid worden. Van

botcellen.

Blitterswijk: “Op die gel kunnen de cellen niet hechten, dus zakken ze door de gel naar beneden, in het

Kraakbeencellen in een microkweekbakje. De cellen klonteren samen en vormen zo uiteindelijk de bouwblokjes voor micro-orgaantjes.

124

De structuren op de chip zijn combinaties van drie

kweekbakje. Daar gaan de cellen samenklonteren en

basisvormen: een cirkel, een rechthoek en een drie-

vormen ze uiteindelijk een bolletje dat ongeveer een

hoek. De Topochip bevat ruim tweeduizend structu-

tiende millimeter groot is. Die bolletjes kunnen we

ren, maar er zijn in totaal 158 miljoen combinaties

oogsten en bij elkaar brengen in een grotere mal.

mogelijk. Al die combinaties zijn opgeslagen in een

Wat je dan krijgt is een puzzelstuk van ongeveer één

bibliotheek. Stel dat structuren met een cirkel heel

millimeter groot. Zo’n puzzelstuk kan gebruikt wor-

geschikt zijn om stamcellen te laten omvormen tot

den als bouwblok, op weg naar weefselvervanging.”

botcellen. Dan kunnen de onderzoekers een nieuwe

Door verschillende celtypen bij elkaar in een kweek-

chip maken met allerlei verwante cirkelstructuren om

bakje te brengen, wordt het mogelijk om complexe

te achterhalen welk oppervlak het beste stimuleert.

weefsels te maken. Bijvoorbeeld een stukje bot of

125

NIRM

De bioprinter aan het werk. Laagje voor laagje wordt het materiaal neergelegd.

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

dunne voor de vorming van kraakbeen. Door het

een spiercel wordt en het andere moment een bot-

weefsel te printen in combinatie met steunmateria-

cel? Malda: “Dat inzicht krijgen we steeds meer.

len kan hij er ook al vormen van maken, zoals bij-

Maar het is nog niet zo dat een stamcel in iedere

voorbeeld schijfjes of buisjes. Die vooruitgang maakt

situatie bot vormt, als jij dat graag zou willen.”

de geprinte implantaten klaar voor een eerste test.

Volgens van Blitterswijk beginnen we nu pas te

Malda en zijn team probeerden de gehele schouder

begrijpen hoe het werkt. “We zien nu hoe cellen

van een konijn te vervangen door geprint weefsel.

reageren. Als we de mini-orgaantjes bijvoorbeeld

Of dat is gelukt, blijft nog even spannend. De resul-

in de vorm van een driehoek kweken, zien we in de

taten worden in de komende maanden geëvalueerd.

punten hoge concentraties bloedvaatjes. Waarom?

De volgende vijf jaar is er nog financiering voor dit

Omdat daar een hoge concentratie van de groeifactor

onderzoek. Deze gewrichtsvervangende experimen-

VEGF is, en dat is nodig voor bloedvatvorming. Maar

ten krijgen dus zeker een vervolg.

waarom is die hoge concentratie groeifactor juist daar? Dat soort mechanismen hopen we de komende

De groep van Malda is steeds beter in staat om ver-

vijf jaar te gaan ontrafelen. En pas daarna kunnen we

schillende weefsels te maken. Maar begrijpen ze nu

het gedrag van een stamcel ook echt voorspellen.”

ook precies waarom een stamcel het ene moment

kraakbeen met bloedvaten. Tijdens het NIRM-

in leven blijven. In de hydrogel wordt een ideale

project is zo’n gekweekt bouwblokje onderhuids

omgeving voor de cellen gecreëerd.

geïmplanteerd bij muizen. Bij deze dieren vormt zich vervolgens bot, op een plaats waar normaal

“Die hydrogel is slap, een beetje gelatine-achtig”,

gesproken geen bot voorkomt.

vertelt Malda. “Daar kun je natuurlijk niet op lopen, dus hebben we binnen het NIRM-project geprobeerd

Fleecetrui

om er slimme dingen mee te doen zodat het materi-

Een stap verder is om met levende celblokjes hele

aal meer stevigheid krijgt. We probeerden de gel

weefsels te printen. Bioprocestechnoloog Jos Malda

eerst te printen op een raster van dikke vezels, een

zag in het bioprinten een aantal jaar geleden een

soort gewapend beton.” Dat was wel stevig, maar er

kans die hij met beide handen heeft aangegrepen.

was relatief veel van die bewapening nodig waardoor

En met succes. Het UMC Utrecht beschikt inmiddels

het implantaat niet meer echt flexibel was. De vezels

over een aparte biofabrication facility, die helemaal

moesten dus dunner. Malda: “We slaagden erin om

gericht is op het 3D-printen.

dunne vezels te maken, vergelijkbaar met de vezels

In het lab van Van Blitterswijk werd de stijgbeugel, één van de gehoorbeentjes, gemaakt van kraakbeen. De stijgbeugel is normaal van bot, dus dit gekweekte exemplaar is niet functioneel. Maar het laat wel zien dat je relatief makkelijk veel gehoorbeentjes kunt maken.

van een fleecetrui. Die dunne vezels zijn op zich niet Maar wat maakt de bioprinter dan zo geschikt

stevig, maar dat verandert als je ze samen met de

voor het repareren van kraakbeendefecten?

hydrogel print. De krachten die op de vezels komen

Natuurlijk kraakbeen heeft een gelaagde structuur

te staan, houden de hele constructie bij elkaar. Eén

en juist die structuur kun je met een 3D-printer

plus één is in dit geval geen twee, maar vijftig.”

heel mooi neerleggen. Als “inkt” gebruikt Malda een hydrogel gevuld met stamcellen, kraakbeen-

Mechanismen ontrafelen

vormende cellen of een combinatie van beide,

Malda maakt nu implantaten met een combinatie

aangevuld met groeifactoren. De cellen in de gel

van dikke vezels en dunne vezels. De dikke vezels

moeten gedurende het printproces en ook daarna

zijn meer geschikt voor de vorming van bot, de

126

127

NIRM

Case study tekst: Rineke Voogt beeld: Marijn Vlaming

Hoe effectief medicijnen tegen een aandoening zijn, verschilt sterk van patiënt tot patiënt. Door stamcellen

Soms is het onduidelijk wat een medicijn zal uit-

gen in de stamcel te vervangen door een gezond gen.

richten bij een patiënt. De werking van een medicijn

Dat biedt perspectief voor een mogelijke behande-

tegen darmkanker is bijvoorbeeld afhankelijk van de

ling van de ziekte.

genetische eigenschappen van de tumor en die zijn vanaf de buitenkant niet te zien. Om beter te voor-

Bestaande medicijnen testen op opgekweekte cellen

spellen hoe een patiënt reageert zou je het medicijn

van een patiënt zorgt voor medicatie op maat. Een

nemen en op te kweken, kun je

eerst moeten testen op cellen van de patiënt zelf

volgende stap is dan het testen van een nieuw medi-

die medicijnen vooraf testen op

zonder dat de patiënt daar last van heeft, bedachten

cijn in een kweekbakje. Dat is precies wat Pluriomics

Hans Clevers en collega’s bij het Hubrecht Instituut

doet. Het biotechnologiebedrijf focust daarbij op

(onderdeel van de Koninklijke Nederlandse Akade-

het hart. De hartspiercellen die de onderzoekers

mie van Wetenschappen). Blijkt dan dat een zware

opkweken uit zogenoemde induced pluripotent

chemobehandeling geen kans van slagen heeft, dan

stem cells helpen om de eﬀecten van medicijnen

kun je de patiënt die zinloze behandeling besparen.

op het hart te onderzoeken. De cellen gedragen zich

uit het lichaam van de patiënt te

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.

bijna identiek als in het lichaam. “Je kunt ze zien Voor zo’n op maat gemaakte testkit haal je een klein

samentrekken, ‘kloppen’, zegt onderzoekster Marijn

beetje weefsel weg uit de patiënt, en kweek je het

Vlaming van Pluriomics. “Met een afgeleide van een

op tot mini-orgaantjes waarop je de medicijnen

ECG kunnen we daardoor zien of een stof bijvoor-

kunt uitproberen. In het lab van Clevers ontdekten

beeld hartritmestoornissen veroorzaakt.”

ze hoe dat moet; stamcellen uit de patiënt kun je met bepaalde groeifactoren aanzetten tot verme-

Er zijn verschillende toepassingen voor zo’n test-

nigvuldiging en specialisatie (zie ook Leverschade

orgaantje. Vooral voor medicijnen in ontwikkeling

herstellen met eigen cellen). Daardoor kweek je een

zijn ze erg relevant, zegt Vlaming. “Veel medicijnen,

zogenoemde organoïde die niet alleen een vergelijk-

bijvoorbeeld tegen kanker, vormen een risico voor

bare vorm en functie, maar ook dezelfde genetische

het hart. Nu wordt de veiligheid vaak getest in dier-

code heeft als het originele orgaan.

modellen, maar wat voor een hondenhart gevaarlijk is hoeft dat voor een mens niet te zijn en andersom.

Samentrekkende hartspiercellen die zijn gekweekt uit humane stamcellen in een klein kweekbakje.

“Die organoïden in een bakje kun je blootstellen

Met deze test bouw je meer zekerheid in. We zien

aan medicijnen, om vervolgens te kijken wat er

nu al dat deze technologie ingezet wordt om dier-

gebeurt”, vertelt Rob Vries. Hij is managing director

proeven te vervangen, maar het kan nog wel even

van de stichting HUB, die is opgericht door het

duren voordat proefdieren volledig overbodig zijn.”

Hubrecht Instituut om op grote schaal medicijnen te testen en beter te begrijpen waarom patiënten er

Omdat zulke testorgaantjes zo breed inzetbaar zijn,

zo verschillend op reageren. Dat gebeurt nu nog op

ontwikkelt Pluriomics voor onderzoekers momen-

onderzoeksniveau: een arts schrijft een behandeling

teel een “gereedschapskist” waarmee ze zelf tests

voor aan een patiënt, en Vries en collega’s proberen

kunnen uitvoeren op eigenhandig gekweekte

aan de hand van het celmateriaal van de patiënt een

hartspiercellen. Vlaming: “Dat is handig, want

voorspelling te doen. “Als we erin slagen consequent

academici willen het vaak graag zelf doen. En het

correct te voorspellen, kunnen we in de toekomst

is alleen maar goed als de methode veel wordt

daadwerkelijk advies gaan geven.”

gebruikt, want dat resulteert in een snellere en bredere acceptatie van de technologie.”

Voor aandoeningen als taaislijmziekte blijkt medicijMicroscoopopname 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.

128

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

129

NIRM

Beeldreportage

NIRM tekst: Elles Lalieu

Stamcellen overleven op synthetische hydrogel Het ziet eruit als een landschap uit een sciencefictionfilm, 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 componenten. 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 waterstofbruggen bij elkaar wordt gehouden. Dankers ontwikkelde samen met het onderzoeksteam bouwsteentjes gebaseerd op de ureido-pyrimidinone (UPy) groep. Door andere moleculen aan de bouwsteentjes 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.” 130

131

NIRM

Infographic

NIRM tekst: René Rector beeld: Parkers

Herstellen met stamcellen

Als een orgaan defect is, kun je proberen om het hele

in een petrischaaltje. Wellicht de ingewikkeldste

orgaan in een kweekfles of met een printer opnieuw

uitdaging is nog om zeker te weten dat je ze veilig

te maken. Maar dat is niet bij alle weefsels nodig.

terug kunt plaatsen. Dat laatste is niet altijd nodig.

Lichaamsmateriaal buiten het lichaam opkweken om ermee te knutselen

Soms volstaat het om op de plek van het defect iets

Er zijn verschillende aandoeningen waar al medicij-

spreekt tot de verbeelding. Maar er kan meer met stamcellen. Soms is

nieuws te kweken. Maar hoe doe je dat?

nen voor bestaan, maar waarbij de variatie in hoe

In de basis start dit soort onderzoek op dezelfde

patiënten op die medicijnen reageren groot is. De

het niet nodig om hele transplantaten te bouwen. Stamcellen zijn van grote

manier als de tissue engineers doen: ergens uit het

ene hartpatiënt of kankerpatiënt heeft enorm baat

waarde voor patiënten, ook als ze niet teruggeplaatst worden.

lichaam worden stamcellen weggehaald. Buiten het

bij het medicijn, terwijl de ander niet reageert of

lichaam worden deze stamcellen opgekweekt, waarna

zelfs schade ondervindt van het medicijn. Bij zulke

de onderzoekers ze laten diﬀerentiëren in de juiste

geneesmiddelen zou je als arts eigenlijk op voorhand

soort cellen. Die worden daarna weer ingespoten in

willen weten of wat je voorschrijft ook gaat helpen.

het lichaam, waar ze de functie oppakken die het

Dat wordt steeds beter mogelijk. Onderzoekers zijn

lichaam zelf niet meer kan vervullen.

in staat om met behulp van stamcellen patiënt-eigen

Het klinkt eenvoudiger dan het is. Elke stap in het

weefsel te kweken buiten het lichaam. Zo’n kweek

proces is uitdagend. Vind, om te beginnen, maar eens

dient dan als ‘proefkonijn’ om te voorspellen welk

de juiste stamcellen. En kweek ze daarna maar eens

eﬀect het geneesmiddel heeft.

1 Een arts neemt stamcellen weg uit het lichaam.

3a Na differentiatie worden de gezonde cellen weer bij de patiënt ingespoten, waar ze zich verder kunnen vermenigvuldigen. Het grote voordeel: het zijn lichaamseigen cellen, dus de patiënt krijgt geen last van afstotingsverschijnselen.

132

2 De stamcellen

3b Het gekweekte weefsel

worden buiten het lichaam gekweekt, tot er voldoende van zijn.

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.

Test

medium A

medium B

133

Inter view

NIRM

NIRM tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman

Nooit meer droge beschuitjes 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.

om speekselklieren te herstellen. Dat gaat met stam-

stamcel zich gedroeg als een stamcel. En: hoe kon-

celtherapie. “Het is eigenlijk dezelfde methode als

den de onderzoekers er meer van maken? Dat waren

beenmergtransplantatie”, vertelt Coppes. “Gezonde

de lastige noten die de groep van Coppes moest

cellen weghalen bij de patiënt, die cellen opkweken

kraken. Groeifactoren (lichaamseigen chemische

om ze later terug te zetten. Zo krijgt de patiënt

stoﬀen die de celgroei bevorderen) bleken een

gezond, lichaamseigen materiaal terug.”

belangrijke rol te spelen, maar het vinden van de juiste groeifactoren was een hele klus.

Altijd een droge mond, niet goed kunnen praten

Dat zijn zo’n vierhonderd patiënten per jaar. Die

en slikken, beschadigde tanden, slaapverlies: een

lopen hierdoor xerostomie (drogemondsyndroom)

gebrek aan speeksel levert nare klachten op. Voor

op. Marijke Baks is een van hen: sinds ze in 2007

mensen die bestraald moeten worden vanwege een

bestraald werd, is haar speekselproductie vrijwel vol-

tumor in het keel- of hoofdgebied zijn die klachten

ledig gestopt. “Je moet er echt mee leren leven: dat je

echter vaak realiteit. De straling die de tumor moet

bijvoorbeeld met je mond dicht loopt, omdat anders

bestrijden, beschadigt bij hen ook de gezonde

je mond te droog wordt. Zingen gaat niet meer. En

De stamcellen kunnen regelrecht uit de speeksel-

gezonde stamcellen te oogsten. Bij deze aandoening

speekselklieren. Speekselklieren, die onder andere

vooral ’s nachts is het rampzalig, want ongemerkt lig

klieren van de patiënt worden gehaald. Voorafgaand

is dat geen probleem: voordat een patiënt bestraald

onder het oor en onder de tong zijn te vinden, zijn

je veel met je mond open.” En daar blijft het niet bij.

aan de bestraling zijn die nog intact. Een klein sneetje

wordt, kan de arts al bepalen of er kans is op droge-

erg gevoelig voor straling. Het is een naar bijeﬀect

Sporten is zonder kunstspeeksel niet te doen, intimi-

onder het oor is al genoeg om een biopt te nemen.

mondsyndroom. De radiotherapeut kan met behulp

van bestraling, zegt Rob Coppes, hoogleraar Radio-

teit wordt lastiger en warm weer is ook vervelend:

Coppes: “Je kunt natuurlijk niet een hele klier weg-

van een CT-scan precies voorspellen hoeveel straling

therapie aan het Universitair Medisch Centrum

als je te veel water drinkt, krijg je daardoor juist een

halen – er is een beperkte hoeveelheid cellen die je

er op welke plekken komt. Lijkt er kans op bescha-

Groningen (UMCG). Speeksel is essentieel voor de

droge mond. Je moet je leven erop aanpassen, vertelt

kunt oogsten. Maar we hebben een manier gevonden

diging van de speekselklieren, dan kan de arts

gezondheid van de mond en voor praten en slikken.

Baks. “Eten is lastig, het moet altijd smeuïg zijn.

om buiten het lichaam in zeven weken vanuit een

besluiten een biopt te nemen van de speekselklier

“Probeer maar eens twee beschuitjes zonder beleg

Ik eet zelf veel stamppot. En als ik een boterham

stamcel zesduizend stamcellen te kweken.”

om stamcellen te oogsten. Tijdens de bestralings-

achter elkaar op te eten – zo voelt het om te moeten

eet, moet bij elke hap een slok drinken.”

“Het principe werkt, maar er zijn nog wat haken en ogen.”

Het onderzoek van het team van Coppes is het eerste stamcelonderzoek voor speekselklieren. Het verschilt 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

periode van de patiënt kunnen de cellen opgekweekt Dat het mogelijk was de stamcellen van speeksel-

worden, zodat ze na afloop terug in de patiënt hun

Hoewel er lapmiddeltjes zijn – kunstspeeksel, of

klieren op te kweken, was volgens Coppes duidelijk:

werk kunnen doen.

Ongeveer veertig procent van de mensen die

altijd een flesje water bij de hand houden – is er nog

“Als je twee weken kauwgom kauwt, groeien je

bestraald worden in het hoofd-halsgebied krijgt te

geen oplossing voor patiënten met drogemondsyn-

speekselklieren ook.” Maar om dat in het lab na

“Bij muizen is het al een succes”, zegt Coppes.

maken met defecte speekselklieren, schat Coppes.

droom. Coppes zoekt met zijn team naar een manier

te bootsten, bleek moeilijk. Wat maakte dat een

Muizen waarvan de speekselklieren beschadigd

eten zonder speeksel.”

134

135

NIRM

Nooit meer droge beschuitjes

Case study tekst Elles Lalieu beeld Riosafari

Maak je eigen onderzoeksmateriaal 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 speekselFOTO: MARTTI MAIMETS

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 stamcellen 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

Microscoopopname van een speekselklierorganoïde uit het lab van Rob Coppes (UMCG). De kleuren wijzen op verschillende typen cellen, met in het blauw de celkernen.

in speeksel producerende cellen. Bij muizen is dat

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 geëindigd. 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-

Gribnau deed onderzoek aan ziekten waarbij X-chro-

ale faciliteit opgezet. Met de gemaakte stamcellen

mosoom-inactivatie een belangrijke rol speelt, zoals

kunnen onderzoekers vervolgens van alles doen.

het Rett syndroom. Tijdens de embryonale ontwik-

Bijvoorbeeld: ze veranderen in hersencellen. Op

keling wordt bij vrouwen in iedere cel willekeurig

die manier wordt het mogelijk om per patiënt te

één van de twee X-chromosomen uitgeschakeld. Is

bekijken hoe zieke cellen zich gedragen en waarom

er een mutatie in X, dan hebben vrouwen dus zowel

ze zich zo gedragen.

zieke als gezonde cellen. De verhouding tussen de

een heel gepriegel, maar bij mensen zou je dat goed kunnen controleren met een echoapparaat.

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.

er zijn nog wat haken en ogen.” Een bottleneck is

hoeveelheid zieke en gezonde cellen bepaalt hoeveel

Zeldzaam

bijvoorbeeld het medium waar de cellen in gekweekt

last een vrouw van zo’n aandoening heeft.

“De stamcellen deden het helaas niet zo mooi als

“En als ik een boterham eet, moet ik bij elke hap een slok drinken.”

worden. Dat is geschikt voor dierlijke cellen, maar

we vooraf hadden gehoopt, dus de afgelopen tijd zijn

nog niet goedgekeurd voor toepassing bij mensen-

we vooral bezig geweest om beide X-chromosomen

cellen. Het is lastig om daar een goedgekeurde ver-

actief te krijgen”, zegt Gribnau. Dat is gelukt en nu

vanging voor te vinden.

kunnen deze cellen eindelijk gebruikt worden om

Zover is het nog niet. Dat het principe werkt bij

Naast het kweken van de stamcellen op zich, hoopt

muizen, is een grote eerste stap. Ook speekselklier-

Coppes ook de juiste manier te vinden om de gehele

stamcellen van mensen, getransplanteerd naar mui-

organen op te kweken. Daarvoor gaat hij op zoek

Het onderzoek van Gribnau is fundamenteel, maar

zen met een onderdrukt immuunsysteem, deden

naar de juiste groeifactoren en omgeving waarin

wel van groot belang voor patiënten. “We kunnen nu

hun werk. Maar celtherapie mag niet zomaar, en de

speekselkliercellen zich tot een orgaan kunnen uit-

onderzoek doen aan ziekten waarbij voorheen geen

regels zijn streng, zegt Coppes. Hij verwacht dat het

breiden. Waar hij nu in staat is om kleine speeksel-

nog tenminste anderhalf jaar duurt voor de eerste

kliertjes van twee millimeter te laten groeien, wil hij

patiënt met deze methode kan worden geholpen.

in de toekomst proberen om grotere orgaantjes laten

“Het groeimedium moet goedgekeurd worden, je

groeien van lichaamseigen materiaal van de patiënt,

moet er zeker van zijn dat je niet onbedoeld tumor-

die dan in zijn geheel zouden kunnen worden terug-

cellen in de patiënt plaatst. Het principe werkt, maar

geplaatst en wellicht meteen functioneren.

Rett syndroom en andere X-chromosoom-gelinkte

136

ziekten te onderzoeken.

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 uitgeschakeld en soms rood. Zo ontstaat het bekende lapjespatroon.

onderzoeksmateriaal voorhanden was, zoals bijvoorbeeld hersenziekten of heel zeldzame aandoeningen. Door zieke cellen van patiënten te kweken, krijgen we niet alleen meer informatie over het proces achter een ziekte. Het geeft ook de mogelijkheid om nieuwe medicijnen of behandelingen te testen.”

137

NIRM

Procesverslag tekst: Elles Lalieu

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs 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. FOTO: BEREND VAN DER MEER (LUMC)

2010

Om een synthetisch hart te FOTO: BEREND VAN DER MEER (LUMC)

kunnen maken, moet je eerst alle

simpel idee: gezonde hartcellen maken uit stamcellen en deze direct inspuiten in de hartspier. Het doel: hartfalen te voorkomen,

FOTO: GUIDO GERDING

Het onderzoek begint met een

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

2011

Naast het proefdierprobleem

nog verschillende typen. De cel-

Samen met engineers gaan we op

speelt er nu ook een praktisch

len van de boezems zien er bij-

zoek naar de perfecte matrix voor

2007 2003

ratorium kunnen namaken. Dat FOTO: RENÉ DEN ENGELSMAN

FOTO: CHRISTINE MUMMERY

FOTO: RENÉ DEN ENGELSMAN

celtypen van het hart in het labo-

probleem. Het hart is één bonk

2009

voorbeeld net iets anders uit dan

onze stamcellen. In het lichaam

spier. Hoe ga je gezonde hartcel-

We beginnen met frisse moed en

de cellen van de hartkamers.

groeien hartcellen op een zacht

len daar tussen krijgen? De stam-

met een nieuwe doelstelling: het

Daarnaast zitten er in het hart nog

substraat. Dat is een goede omge-

cellen komen niet zomaar overal.

maken van een synthetisch stukje

bloedvatcellen die het hart zelf

ving voor de cellen, dus dat heb-

bij patiënten die bijvoorbeeld net

2004

Ik vergelijk het altijd met een

hart. Dat doen we natuurlijk niet

van zuurstof voorzien, bindweef-

ben we in het laboratorium ook

een hartinfarct hebben gehad en

Ons eerste idee blijkt moeilijk

kauwgombal. Als je daar een rode

zomaar. Een synthetisch hart

selcellen, die zorgen voor stevig-

nodig. We laten de cellen groeien

waarbij een deel van de hartspier

uitvoerbaar. Er is geen geschikt

kleurstof in spuit, wordt niet de

kunnen we gebruiken als test-

heid, en pacemakercellen, die het

op een synthetisch polymeer, een

niet meer werkt.

proefdier voorhanden. De muis

hele kauwgombal rood, maar

model voor de ontwikkeling van

hartritme regelen.

beetje vergelijkbaar met silicone.

is geen goed model voor hartziek-

slechts een klein stukje. En dat

medicijnen. We kunnen niet

Dat polymeer plaatsen we dan op

ten. Het muizenhart klopt ruim

werkt bij het hart net zo. Het

alleen hartcellen maken van

een chip met spiraalvormige elek-

vijfhonderd keer per minuut, dat

inspuiten van losse cellen in de

gezonde personen, maar ook van

troden erin en een vacuüm eron-

van de mens maar zestig keer.

hartspier is dus geen succes. Een

patiënten met hartziekten. Sim-

der. De spiraalvormige elektroden

Bovendien gaat de hartslag van

tegenvaller, maar dat hoort ook

pelweg door niercellen te isoleren

vormen een soort reksysteem dat

een muis niet omhoog bij stress,

bij onderzoek doen. En we hebben

uit de urine en die in het labora-

de cellen in beweging brengt.

die van de mens wel. Het hart

door de experimenten wel veel

torium te behandelen, zodat ze

Door het vacuüm te veranderen,

van een varken is een beter

geleerd over het menselijk hart.

stamcellen worden. En wie weet

kun je de hartslag aanpassen. Zo

model, maar daarbij is het weer

kunnen we de synthetische stuk-

kunnen we zieke hartcellen testen

heel lastig om de afweer te onder-

jes hart in de toekomst ook inzet-

in rust, maar bijvoorbeeld ook

drukken, waardoor stamcellen

ten om een beschadigd hart te

bekijken wat er gebeurt als een

snel worden afgestoten.

repareren.

patiënt gaat sporten.

138

139

NIRM

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 probeert 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.

FOTO: FONS VERBEEK

Zomer 2015

“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.”

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

FOTO: DENKER

Kweken met cellen uit de “blinde darm” van het hart

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs

ontrafelen welke signalen daar-

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.

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 ontwikkeling van het hart. Als je dat

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.

140

FOTO: HELLERHOFF

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.”

FOTO: JEFFREY M. VINOCUR

embryo hartcellen maakt, maar In het verwijderde stukje hartweefsel zitten stamcellen, al zijn het er weinig. “We isoleren de aanwezige stamcellen, kweken ze zodat we er heel veel van krijgen en proberen ze dan met groeifactoren om te vormen 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.

20??

We hebben nu alleen een testmodel, maar ik zie in de toekomst wel toepassingen voor de patiënt. We zouden een stukje synthetisch hart kunnen gebruiken als patch

doet en je ziet, bijvoorbeeld, dat

Najaar 2015

of pleister op een beschadigd hart.

er geen pacemakercellen worden

Ons model slaat goed aan. We

Ook daar zullen haken en ogen

gemaakt, dan kun je dat uitge-

hebben al een aantal interessante

aanzitten. Na een hartinfarct zit

schakelde signaal gaan toevoegen

vervolgopdrachten. Zelfs medi-

schade vaak door het hele hart,

aan stamcellen in de hoop dat zij

cijnontwikkelaar GSK toont al

maar zo’n pleister plak je aan de

juist wel pacemakercellen gaan

belangstelling. Toch is het sys-

buitenkant. Heeft dat zin of moet

maken.

teem nog niet goed genoeg. Bij

je de pleister op een andere plek

medicijnontwikkeling is het van

aanbrengen? Bijvoorbeeld net

belang om heel veel condities in

onder de buitenste laag van het

één test te kunnen onderzoeken.

hart. Dat zal vergelijkbaar zijn met

Daarvoor wordt gebruik gemaakt

iets onder de schil van een sinaas-

van platen met een heleboel

appel brengen, zonder de sinaas-

vakjes (wells). Maar de chip zoals

appel verder te schillen.

die nu is, past niet in die wells.

Repareren van het hart is niet

Je kunt dus maar één conditie

makkelijk, maar dat betekent niet

per keer onderzoeken. Het is een

dat je het niet moet proberen.”

kwestie van engineering om de chips zo te verkleinen dat ze wel in de wells passen. Daarvoor werken we nu samen met de TU Delft.

141

NIRM

Inter view

NIRM tekst: Rineke Voogt

Hans Clevers: “Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst voor transplantatie alvast kunnen behandelen met leverorganoïden.”

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 stamcellen minilevers te kweken die het orgaan zo goed als nieuw kunnen maken.

Leverschade herstellen met eigen cellen FOTO: SANDER HEEZEN

Het lichaam herstellen met behulp van stamcellen:

Clevers: “Als je een ziek of beschadigd orgaan kunt

Het bijzondere aan de lever is dat het orgaan normaal

Die minilevers plaatsten de onderzoekers terug in

het idee ligt voor de hand, want stamcellen zorgen

repareren met stamcellen, zou het donortekort een

gesproken zichzelf goed kan repararen. Haal je een

muizen met leverschade en een onderdrukt

ook in gezonde mensen voor kleine reparaties aan

veel kleiner probleem zijn. Je gebruikt het lichaam

deel van de lever weg, dan kan het zelfs weer aan-

immuunsysteem. Die knapten zichtbaar op: de

organen. Stamcellen worden juist bij schade actief.

van de patiënt als het ware als ‘donor’ om het eigen

groeien. Een zieke lever is dat vermogen verloren,

gezonde cellen vervingen delen van de beschadigde

Onderzoek naar stamcellen loopt al enkele decennia,

weefsel te kunnen herstellen.”

maar zou in theorie genoeg kunnen hebben aan een

lever. “Hoewel de leverschade bij de muizen zich

paar getransplanteerde gezonde stamcellen om zijn

sowieso op den duur wel zou herstellen, zagen we

functie weer terug te krijgen. Dat maakt de lever, in

dat muizen met deze behandeling sneller opknap-

tegenstelling tot bijvoorbeeld het hart, erg geschikt

ten”, vertelt Clevers.

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-

“Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst vast kunnen behandelen.”

den van volwassen stamcellen. Zijn ze overactief,

voor dit type onderzoek. Bij deze stamceltherapie fungeert de zieke lever als, In januari 2015 publiceerde Clevers in wetenschap-

zoals het in de regeneratieve geneeskunde heet, een

De behandelmethode is niet uitsluitend geschikt

pelijk tijdschrift Cell een zogenaamd “proof of con-

scaﬀold (steiger). De infrastructuur van het bescha-

voor darmen, hoewel die er door het grote rege-

cept”-onderzoek, gebaseerd op precies dat idee. De

digde orgaan is nodig om de organoïden te laten

Clevers startte zijn stamcelonderzoek bij de darm.

neratieve vermogen wel ideaal voor zijn. Clevers

onderzoekers haalden stamcellen uit de galgangen

hechten. Voor de lever gaat dat relatief eenvoudig:

De darm vernieuwt zijn cellen elke vier dagen, en

en collega’s werken ook aan een toepassing van de

van een donorlever, en zetten die op kweek. “Eerst

“Je kunt de organoïden in de poortader inspuiten,

heeft daarmee de meest actieve stamcellen van alle

methode op de lever. Er lijden wereldwijd miljoenen

moet je met de juiste groeifactoren miljarden cellen

die bloed direct naar de lever voert. De poortader

organen. In 2009 slaagde de groep van Clevers erin

mensen aan chronisch leverfalen. Dat wordt veroor-

maken”, zegt Clevers. “Als je heel veel stamcellen

vertakt zich in zeer kleine haarvaten, zodat de

om de stamcellen, twee jaar eerder ontdekt, op te

zaakt door een genetisch defect of door virussen,

en voorlopercellen hebt, kunnen die zich gaan spe-

organoïden daar vanzelf blijven steken. Ze kolonise-

kweken. Vorig jaar bewezen de onderzoekers samen

alcohol of andere giftige stoﬀen. Een levertransplan-

cialiseren tot de twee belangrijkste onderdelen van

ren vanuit daar gemakkelijk de lever”, aldus Clevers.

met Japanse collega’s dat je die cellen kunt reorgani-

tatie kan hen soms helpen, maar daar zijn veel te

de lever: hepatocyten (levercellen) en galgang-

Bij muizen bleek de poortader overigens te klein,

seren tot minidarmpjes en die zogenoemde organo-

weinig donororganen voor beschikbaar. Met de

cellen.” De leverorganoïden die daaruit worden

dus kregen zij de minilevertjes in de milt toegediend.

iden kunt terugplaatsen in de beschadigde darm

methode die door de groep van Clevers binnen NIRM

gemaakt bestaan uit tienduizenden cellen en meten

Toch vonden de organoïden ook vanaf daar vanzelf

van muizen. Daarmee komt het ultieme doel van

is ontwikkeld, zou een simpele injectie genoeg zijn

slechts twee tot drie millimeter, maar hebben wel

de weg naar de levers en konden zich daar nestelen.

stamceltherapie weer een paar stappen dichterbij.

om een hele lever te repareren.

een echte 3D-structuur.

De stap van proefdieronderzoek naar de mens is in dit

dan leidt dat tot kanker.”

142

143

NIRM

Leverschade herstellen met eigen cellen

Case study tekst: Elles Lalieu beeld: Evgenia Verovskaya

Een microscoopopname van een gekweekte leverorganoïde van muizencellen.

Bloedcellen met een streepjescode 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.

“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 onderzoekers hun techniek zelf noemen, zijn veelbelovend. Bij muizen (die gemiddeld anderhalf tot twee jaar

type onderzoek groot. Er worden al wel klinische

“Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst

experimenten gedaan met volwassen levercellen,

voor transplantatie alvast kunnen behandelen met

Celbioloog Gerald de Haan van het Universitair

stamcellen voor 95 procent van alle bloedcellen

waarbij miljarden losse cellen via de poortader

leverorganoïden”, vindt Clevers. “Maar daarvoor

Medisch Centrum Groningen vond daar iets op. Hij

die tijdens het leven gevormd worden. Dezelfde

worden toegediend. Met stamcellen zou het een

moeten we nog een aantal horden nemen.” Zo

rustte cellen uit met een “streepjescode” waardoor

experimenten worden nu herhaald met menselijke

stuk eﬀectiever zijn. Maar er zitten wat haken en

willen de onderzoekers eerst zeker weten hoeveel

ze altijd herkenbaar blijven. “We halen stamcellen

stamcellen uit de navelstreng.

ogen aan.

organoïden ze moeten toedienen voor een optimaal

uit het beenmerg van een muis en introduceren

eﬀect, en of dat stamcellen of volgroeide cellen

daarin een klein stukje nieuw DNA”, vertelt hij.

“Je gebruikt het lichaam van de patiënt als het ware als ‘donor’.”

oud worden) zorgen na transplantatie één of twee

moeten zijn.

Minder proefdieren Barcoding geeft niet alleen inzicht in de vorming van bloedcellen, het leert ons ook meer over bloedkanker

Clevers heeft er alle vertrouwen in dat het principe

(leukemie). “Niet alle leukemiecellen zijn identiek”,

ook bij mensen werkt. “Er zijn patiënten met een leverziekte bekend, bij wie bij toeval de erfelijke

legt De Haan uit. “Er is dus niet één soort kanker in Retrovirale vector

het lichaam, maar een aantal subsoorten. Doordat

De technische kant gaat wel goed, zegt Clevers: het

afwijking in een enkele cel werd rechtgezet.

we de stamcellen nu kunnen herkennen, kunnen

opschalen van de kweek, om van een paar stamcel-

Beetje bij beetje herstelde de lever zich dan vanuit

we tellen hoeveel verschillende cellen er bij zo’n

len tot miljarden cellen te komen, is al gelukt. Het

die cel, en de patiënten werden gezond. Als één

ziekte meedoen en of die verschillend reageren op

probleem ligt vooral in de regelgeving. De grootste

gezonde cel genoeg kan zijn voor genezing, biedt

behandeling.” Een bijkomend voordeel van de

zorg is dat er door mutaties in de organoïden kanker

een behandeling van minilevers perspectief voor

streepjescode is dat er veel minder proefdieren nodig

ontstaat in de weefsels. Volgens Clevers lijkt dat uit-

miljoenen patiënten.”

zijn voor onderzoek. Stel dat je van honderd stam-

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 genetisch zeer stabiel.”

144

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).

cellen wilt weten wat ze doen. De Haan: “Normaal gesproken zou je die honderd stamcellen dan transplanteren 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.”

145

NIRM

Discussie

NIRM tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman

Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde?

Regeneratieve geneeskunde wordt nog niet volop ingezet. Hoe komt dat?

voor, want het is nieuw. Je maakt als onderzoeker

Clevers: “Voor behandelingen als stamceltherapie

in samenwerking met artsen voor ons onderzoek

om een defect in het lichaam mee te repareren is

besloten dat de hartklep (zie “Design je eigen hart-

het lastig om goedkeuring te krijgen. Lukt het om

klep”, red.) minimaal twee jaar moet functioneren

de lever van een muis te repareren met minilevers,

in een proefdier voor wij de stap naar de mens willen

dan geeft dat nog geen vrijbrief om het ook in een

maken. Je kunt zo’n proces ook versneld nabootsen

klinisch experiment bij mensen te proberen. Deels

in het laboratorium, maar het is maar de vraag of

is dat terecht. Je werkt met levende cellen. Die kun-

dat alle veiligheidsaspecten afdekt en of dat geac-

nen zich slecht gaan gedragen – je moet zeker weten

cepteerd wordt door de regelgevers.”

dus mede zelf de regels. Wij hebben bijvoorbeeld

dat de celtherapie die je wilt gebruiken geen kanker in de patiënt veroorzaakt.”

Hoe krijgen we regeneratieve geneeskunde van het lab naar de patiënt?

Je moet dus aantonen dat een behandeling veilig is. Hoe doe je dat voor een nieuwe therapie?

Bouten: “Standaard kost het traject voor een suc-

Clevers: “Daar zit nu net het probleem. Op welk

ongeveer vijftien jaar. Voor regeneratieve genees-

moment is het veilig om een nieuwe techniek toe

kunde is dat mogelijk nog meer. Het is best lastig

te passen? De cellen die wij kweken, bijvoorbeeld

om regeneratieve geneeskunde aan te laten sluiten

om leverorganoïden van te maken, zijn zeer stabiel

op de dagelijkse klinische praktijk. De stap van

en muteren niet. Kanker ontstaat door mutaties.

het lab naar de markt is groot, want veel behande-

De gekweekte cellen zijn zeer waarschijnlijk dus

lingen zijn gewoon duur. Als een nieuwe methode

veilig. Maar ook al staan er veel mensen met een

dan eenmaal bij de klinische fase is aanbeland,

kapotte lever op de wachtlijst, een transplantatie

is het de vraag welke patiëntengroep je het eerst

met leverorganoïden zal nog niet gaan. Je moet

aanpakt. De arts kiest vaak het liefst de minst

eerst met allemaal voorbeelden komen waaruit

risicovolle groep. Maar patiënten staan daar radicaal

blijkt dat het veilig is, maar eigenlijk is dat een

anders in, hebben wij gemerkt. Dat is een ethische

catch-22: zonder klinische trials zijn die voor-

kwestie waar je discussies over moet voeren.”

cesvolle nieuwe behandeling van idee tot patiënt

beelden niet mogelijk.”

Veel onderzoek binnen NIRM was “proof of concept”-onderzoek:

Waarom is het zo moeilijk om een behandeling in een klinische studie te testen?

Wat zou er moeten veranderen om regeneratieve geneeskunde-behandelingen gangbaarder te maken? Bouten: “Een oplossing ligt bij de jonge generatie.

Clevers: “Er heerst grote angst voor een herhaling

Niet iedereen wil meegaan in een nieuwe behande-

van het softenon-schandaal (waarbij een op grote

ling, ook al is die technisch al mogelijk. Je moet

schaal gebruikt medicijn tegen ochtendmisselijkheid

daarom jonge artsen al heel vroeg in de opleiding

bij zwangere vrouwen ernstige afwijkingen bleek te

kennis laten maken met deze nieuwe vorm van

veroorzaken bij de foetussen, red.). Bovendien heeft

geneeskunde en de technologische vooruitgang.

regeneratieve geneeskunde ook voor patiënten beschikbaar komt?

de farmaceutische industrie het niet zo op celthera-

Ze gaan dan zelf meedenken over de mogelijkheden

Hans Clevers (Hubrecht Instituut) en Carlijn Bouten (Technische

pie. Het is gemakkelijker produceren en verkopen

en onmogelijkheden en kunnen een gefundeerder

als een behandeling in een pil verpakt zit – levend

standpunt innemen. Wil je regeneratieve genees-

materiaal is logistiek ingewikkeld. Die weerstand

kunde toepassen, dan moet je de artsen meekrijgen.”

vormt een grote uitdaging voor ons werk.”

Clevers: “De grote uitdaging is om de angst weg

Bouten: “Omdat regeneratieve geneeskunde nog een

te nemen dat een nieuwe behandeling niet goed

vrij jong gebied is, staan veel regels niet eens vast.

doordacht en onderzocht is, en daarom fout zal gaan.

Bij hoeveel proefdieren moet je hebben laten zien dat

We moeten daarom juist ook buiten de medische

iets werkt, voor je een klinische trial mag opzetten?

wereld kijken: de maatschappij goed informeren,

Daar zijn nog niet voor elk geval heldere richtlijnen

en discussies voeren in het publieke domein.”

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

Universiteit Eindhoven) vertellen.

146

147

Life Sciences & Health (LSH) is een van de negen “topsectoren” 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 disciplines, 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 punten 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 kosten van de gezondheidszorg beheersbaar houden. Op 18 december 2009 werd het onderzoeksvoorstel van LSH-FES gehonoreerd met een FES-bijdrage van 81 miljoen 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 onderzoeksconsortia: 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

149

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.

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 allesomvattend 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.

Partners

Academisch Medisch Centrum Amsterdam www.amc.nl

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

VU medisch centrum www.vumc.nl

Academisch Medisch Centrum Amsterdam www.amc.nl

Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl

Philips Electronics Nederland bv www.philips.nl

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl

Philips Electronics Nederland bv www.philips.nl

TU Delft www.tudelft.nl

Maastricht University www.maastrichtuniversity.nl

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

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

Naturalis Biodiversity Center www.naturalis.nl

Universiteit Utrecht www.uu.nl

FEI Electron optics bv www.fei.com

Nikon Instruments Europe bv www.nikoninstruments.eu

Virtual Proteins bv (tot december 2013)

Universiteit Leiden www.leidenuniv.nl

Pepscan Therapeutics bv www.pepscan.com

Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl

Contact: Jan-Willem Boiten, janwillem.boiten@ctmm.nl, 06-18639236 Nikolas Stathonikos, N.Stathonikos-2@umcutrecht.nl, 088-7556563

150

Contact: www.cyttron.org

151

PharmaPhenomics 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 efficiĂŤnter preklinisch onderzoek naar neurologische en psychiatrische ziekten mogelijk, en uiteindelijk ook nieuwe behandelingen voor menselijke patiĂŤnten.

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

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

Nederlands Herseninstituut www.herseninstituut.knaw.nl

Noldus Information Technology bv www.noldus.com

AIMM Therapeutics www.aimmtherapeutics.com

Gilead Sciences Nederland bv www.gilead.com

Novavax www.novavax.com

Vrije Universiteit Amsterdam www.vu.nl

Delta Phenomics bv

PsyNova Ltd. www.psynova.com

Academisch Medisch Centrum Amsterdam www.amc.nl

GlaxoSmithKline www.gsk.com

Psynova Neurotech psynova.com

Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl

Griffin Discoveries bv www.griffindiscoveries.com

Synaptologics bv www.sylics.com

Bristoll-Myers-Squibb www.bms.com

Universiteit Leiden www.leidenuniv.nl

Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl

Wageningen Universiteit www.wageningenur.nl

Neurasmus bv www.neurasmus.com

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

Leiden University Medisch Centrum www.lumc.nl

Universiteit Utrecht www.uu.nl

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

Netherlands Proteomics Center www.netherlandsproteomicscentre.nl

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

Contact: Arjen Brussaard, arjen.brussaard@vu.nl, 020-5987003

152

153

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. Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu www.rivm.nl

ViroClinics Biosciences www.viroclinics.eu

UMC Utrecht www.umcutrecht.nl

Vironovative www.vironovative.com

Thermo Fisher / Dionex www.dionex.com

Partners

Diabetes fonds www.diabetesfonds.nl

Polyganics www.polyganics.nl

Xpand Biotechnology bv www.xpand-biotech.com

Galapagos www.glpg.com

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

University of Twente www.utwente.nl

Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl

Contact: www.virgo.nl, virgo@erasmusmc.nl, 010-7044770

154

Contact: Eelco de Koning, e.dekoning@lumc.nl, 071-5263964 Aart van Apeldoorn, A.A.vanApeldoorn@utwente.nl, 053-4892153

155

Wanneer iets kapot gaat kun je proberen het te repareren of te vervangen. Zo ook in ons lichaam. Maar hoe repareer je een kapotte hartklep, een beschadigde knie of ernstig verbrande huid? En vooral, hoe repareer je het duurzaam 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. Life Tec Group lifetecgroup.com

Pluriomics bv www.pluriomics.com

SupraPolix bv www.suprapolix.com

Synvolux therapeutics bv www.synvolux.com

Partners

Absea Biotechnology Ltd www.absea-antibody.com

Beckman Coulter Nederland bv www.beckmancoulter.com

Encapson bv www.encapson.com

Landsteiner Stichting voor Bloedtransfusieresearch www.lsbr.nl

PolyVation bv www.polyvation.com

Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdam www.acta.nl

Becton Dickinson Biosciences www.bd.com

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

Lead Pharma Holding bv www.leadpharma.com

Xeltis www.xeltis.com

PMS 130 / PMS 369 / black

Vereniging Nationaal Reumafonds www.reumafonds.nl

full color on a light background

Araim Pharmaceuticals, Inc. www.araimpharma.com

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

FlexGen bv piculet-biosciences.com

Materiomics bv www.materiomics.com

Rijk Zwaan Zaadteelt en Zaadhandel bv www.rijkzwaan.com

Xpand Biotechnology bv www.xpand-biotech.com

full color on a dark background

Arcarios bv www.arcarios.com

BiOrion Technologies bv www.biorion.com

Harbour Antibodies bv harbourantibodies.com

Nierstichting Nederland www.nierstichting.nl

ServiceXS bv www.servicexs.com in black & white

ASkin Nederland www.a-skin.nl

156

CellCoTec bv www.cellcotec.com

Hubrecht Organoid Technology hub4organoids.eu

Percuros bv www.percuros.com

Stichting KWF Kankerbestrijding www.kwf.nl

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

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

157

Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl

Technische Universiteit Eindhoven www.tue.nl

Universiteit Utrecht www.uu.nl

Colofon Redactie

Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

VU medisch centrum www.vumc.nl

Hoofd/eindredactie

RenĂŠ Rector, Sciencestories.nl Vormgeving

Rick Verhoog en Sara Kolster, Parkers Rijksuniversiteit Groningen www.rug.nl

Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl

Wageningen Universiteit www.wageningenur.nl

Infographics

Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster Projectleiding

Giovanni Stijnen, Science Center NEMO CoĂśrdinatie Stichting Het Nederlands Kanker Instituut www.nki.nl

Universiteit Twente www.utwente.nl

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

Contact: Ruud Bank, r.a.bank@umcg.nl, 050-3618043 Rini de Crom, nirm@erasmusmc.nl, 010-7043063

158