Op weg naar genezing van diabetes type 1 by iljavandam

Op weg naar genezing van diabetes type 1 DCTI

Amsterdam 2015

DCTI

Inhoud Voorwoord

Diabetes type 1: op weg naar genezing DCTI in vogelvlucht

Gezocht: cel voor insulineproductie

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier Pomp houdt donoralvleesklier in vorm Eerste tests versus laatste strohalm DCTI partners Colofon

19 22

Voor meer informatie klik op de links en de ikonen

Deze uitgave kwam tot stand in samenwerking met Kennislink.nl, dé populairwetenschappelijke website voor het Nederlandse taalgebied. Voor meer actuele informatie en nieuws over onderwerpen in dit boek, raadpleeg de partnerpagina van DCTI: www.kennislink.nl/partners/dcti, of een van de thema’s: www.kennislink.nl/thema/herstellen-met-stamcellen www.kennislink.nl/thema/medicijnen-op-maat www.kennislink.nl/thema/zo-goed-als-nieuw

DCTI

Voorwoord Eelco de Koning PROJECTLEIDER DCTI EN HOOGLERAAR DIABETOLOGIE AAN HET LEIDSUNIVERSITAIR MEDISCH CENTRUM

DCTI is wat mij betreft een enorme stimulus geweest

gedaan naar echte oplossingen en dat het niet alleen

voor het veld van celvervangingstherapie bij diabetes.

gaat om symptoombestrijding. We hebben binnen het

Door een goede samenwerking tussen academische

project nieuwe dragermaterialen gemaakt, meer en

partners, bedrijven en het diabetesfonds hebben we

beter eilandjes kunnen isoleren en factoren geïdenti-

wetenschappelijk onderzoek kunnen doen om

ficeerd die de overleving van eilandjes kunnen verbe-

nieuwe therapieën te ontwikkelen. Die samenwer-

teren. Dat zijn allemaal belangrijke stappen naar de

king daar is Nederland goed in en daar kunnen we

volgende fase. Die moet er komen, want DCTI is een

trots op zijn. Daarnaast hebben wij artsen, beleidsma-

tussenstation, geen eindstation. In een volgende stap

kers en patiënten bewust gemaakt van de noodzaak

willen we de dragermaterialen testen bij patiënten en

en voordelen van deze nieuwe therapieën.

met behulp van stamcellen grote hoeveelheden insu-

Het onderzoek naar insuline producerende cellen

line producerende cellen maken. Zo staan we klaar

staat dankzij DCTI meer in de spotlights. Dat geeft

voor bètacelvervangingstherapie op grotere schaal in

patiënten hoop. Mensen zien dat er onderzoek wordt

de toekomst.

Herman Verheij LSH-FES SECTORCOÖRDINATOR

Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende

private samenwerkingsverband te komen: tegen

resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-

elke euro subsidie van de overheid werd ook een

project DCTI. LSH staat voor ‘Life Sciences &

euro door de partners geïnvesteerd. Na zes jaar hard

Health’, oftewel de toepassing van de levensweten-

werken zijn de resultaten direct inzetbaar voor

schappen voor onze gezondheid, en FES voor ‘Fonds

patiënten, danwel kunnen ze worden gebruikt voor

Economische Structuurversterking’, de zogenoemde

onderzoek dat heel dicht bij patiënten staat. Hier-

aardgasbaten.

mee heeft het consortium aangetoond dat het de

DCTI begon zijn activiteiten in 2010, na goedkeuring

onderzoeksgelden optimaal heeft ingezet om bij te

door de Nederlandse overheid van een overkoepe-

dragen aan het verbeteren van de nationale gezond-

lend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door een

heid, en voor het aanjagen van de economische

combinatie van vele partners – waaronder kleine en

bedrijvigheid in Nederland.

middelgrote bedrijven, multinationals, universitaire

Veel van deze resultaten vindt u terug in dit boek,

en medische onderzoeksgroepen, patiëntenorgani-

waarbij u zich keer op keer zult kunnen verwonde-

saties, en de ministeries van VWS, OCW en EZ.

ren over de laatste ontwikkelingen in dit boeiende

De FES-subsidie werd ingezet om tot een publiek-

vakgebied. Ik wens u dan ook veel leesplezier!

DCTI

Introductie tekst: Elles Lalieu beeld: Parkers

Diabetes type 1: op weg naar genezing Diabetes staat bekend als sluipmoordenaar, omdat een te hoge bloedsuiker op den duur leidt tot complicaties. Bij patiënten met diabetes type 1 is de 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 dat echt niet werkt, wordt transplantatie overwogen. Binnen het Diabetes Cell Therapy Initiative (DCTI) is gezocht naar verbetering en alternatieven. Alles wat we eten wordt in het lichaam omgezet in

In Nederland leven ongeveer één miljoen mensen

glucose: brandstof voor de cellen. Maar de cellen

met diabetes. Daarvan zijn er 900.000 met type 2 en

kunnen die brandstof niet zomaar opnemen. Daar-

100.000 met type 1. Toch is binnen DCTI gekozen

voor is insuline nodig. De alvleesklier maakt die

om onderzoek te doen naar nieuwe behandelingen

insuline. Dat gebeurt in de zogenoemde eilandjes

voor diabetes type 1. Projectleider Eelco de Koning

van Langerhans; clusters van verschillende celtypen

legt uit waarom: “De glucoseregulatie bij diabetes

die uiteenlopende hormonen afscheiden. De bèta-

type 1 is in het algemeen gecompliceerder dan bij

cellen in de eilandjes zijn verantwoordelijk voor de

diabetes type 2. Patiënten moeten meteen insuline

productie van insuline.

gaan spuiten, terwijl er bij type 2 eerst iets gedaan kan worden met het dieet of met tabletten.”

Eén miljoen Bij diabetes type 1 valt het eigen afweersysteem de

Transplantatie

eilandjes in de alvleesklier aan. Die raken daarbij zo

Het constante risico op een te hoog of juist te laag

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

worden opgenomen en blijft achter in het bloed. Als

impact is zo groot, omdat mensen voortdurend

dat chronisch gebeurt, kan dat leiden tot complica-

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

ties als blindheid, nierfalen, hartklachten en ampu-

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

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

is die insulinetherapie heel strak, dan nog lukt het

2 is een stofwisselingsziekte waarbij het lichaam

soms niet om het glucosegehalte onder controle te

langzaam ongevoelig wordt voor insuline, wat onbe-

krijgen.

handeld tot dezelfde problemen kan leiden.

DCTI

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 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 eenmaal in het lichaam van de patiënt gaan er insuline producerende cellen verloren. Om de donorcellen veilig naar de plaats van bestemming te loodsen, is er binnen DCTI gewerkt aan verschillende dragermaterialen. De Koning: “Door de donorcellen te verpakken, creëer je een omgeving waarin de cellen zich zo goed mogelijk thuis voelen. Het verlies blijft dan beperkt.”

Alternatieve bronnen Naast het efficiëntieprobleem speelt ook donortekort een belangrijke rol. Met het aantal donoren dat er nu is, is vijftig tot honderd transplantaties per jaar het maximum. Maar er komen ieder jaar 1.600 nieuwe patiënten bij. Daarom is er binnen DCTI gezocht naar alternatieve bronnen om insuline

DCTI

Infographic tekst: RenĂŠ Rector beeld: Parkers

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

Alvleesklier

delmethoden. Maag

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 bĂ¨tacellen in de alvleesklier.

DCTI

Insuline pr

odu

c er

b e ac Ă¨t

llen

Idealiter transplanteer je niet vanwege een schrijnend donortekort en afstotingsverschijnselen, maar kweek je nieuwe insuline producerende bĂ¨tacellen. Omdat die nauwelijks te kweken zijn, is gezocht naar alternatieven en kweekmethoden.

Bloedvat

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 tekst: Rineke Voogt beeld: Françoise Carlotti

Gezocht: cel voor insulineproductie 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-

die verantwoordelijk zijn voor de insulineproductie,

planteerd. Ze worden ingespoten in de poortader

defect of vernietigd. Om toch hun bloedsuikerspie-

van de lever. De alvleesklier blijft daarbij onaan-

gel op peil te houden spuiten mensen met type 1

geroerd: de klier ontsteekt snel en voor de functie

diabetes insuline. Dat is symptoombestrijding:

van de eilandjes blijkt de lever een prima huisves-

voor het onderliggende probleem is geen oplossing.

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

Zijn bètacellen eenmaal kapot, dan kunnen ze niet

donoren, en moet een patiënt medicijnen blijven

worden gerepareerd.

slikken tegen afstotingsverschijnselen.

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

Bètacellen kweken

alvleesklier krijgen, inclusief eilandjes van Langer-

De Leidse onderzoekster Françoise Carlotti en colle-

hans met daarin werkende bètacellen. Probleem is

ga’s zoeken dan ook naar een manier om insuline

alleen: een complete alvleeskliertransplantatie is een

producerende cellen te maken, zonder afhankelijk te

heftige ingreep voor de patiënt en er zijn erg weinig

zijn van donoren. Het doel: gekweekte eilandjes van

donoren. (Zie ook Pomp houdt donoralvleesklier in

Langerhans, met bètacellen, klaar voor transplantatie.

vorm) Per jaar komen er ongeveer 250 donoralvlees-

Verschillende opties zijn denkbaar om dat doel te

klieren beschikbaar – te weinig voor de honderddui-

bereiken, vertelt Carlotti, assistant professor bij de

zend Nederlanders met diabetes type 1. Bovendien

Diabetesgroep van de afdeling Nierziekten van het

wordt het orgaan na transplantatie soms alsnog

Leids Universitair Medisch Centrum. Het makkelijkst

afgestoten.

zou zijn om bètacellen bij een gezonde donor weg

DCTI

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.

te nemen, te vermenigvuldigen in het lab en dan

Het onderzoek naar die weg terug is gaande. Door

te implanteren bij de patiënt met diabetes type 1.

de cellen zich te laten groeperen en verschillende

Promovenda Maaike Roefs houdt zich bezig met

groeifactoren toe te voegen, lukt het al om ze een

die mogelijkheid: een kleine hoeveelheid bètacellen

klein beetje terug te laten keren naar hun oorspron-

uit een donor doorkweken tot je genoeg nieuwe

kelijke functie. Naar de precieze trigger om de cellen

bètacellen hebt om te kunnen transplanteren.

weer in vorm te krijgen voor insulineproductie is het nog zoeken.

Bètacellen kweken klinkt eenvoudiger dan het is. Ze willen zich namelijk noch in het lichaam noch in

Groeifactoren

een schaaltje in het laboratorium vermenigvuldigen.

Roefs werkt daarvoor samen met het biotechnolo-

Bovendien veranderen de cellen die je probeert te

giebedrijf Galapagos. Het bedrijf heeft de capaciteit

kweken van identiteit. Ze starten als insuline produ-

om op grote schaal de werking van verschillende

cerende bètacellen, maar transformeren spontaan

medicijnen op weefsel te testen. Dat is ook voor dit

in een ander type cel die geen insuline meer produ-

onderzoek handig: zo kan in korte tijd de werking

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

van stoffen als groeifactoren getest worden op de

vermeerderen”, zegt Roefs. “Maar nu moeten we

gekweekte bètacellen. Die snelle eerste screening

nog een manier zien te vinden om ze weer te laten

van stoffen helpt in de zoektocht naar de factoren

veranderen in bètacellen.” De gedachte is dat de

die in aanmerking komen om de cellen terug te laten

gekweekte cellen geschikt zijn voor insulineproduc-

keren naar hun bèta-oorsprong.

tie, omdat de cellen dat van oorsprong konden.

DCTI

Case study tekst Naam

Als dat lukt, zou dat de doorbraak zijn waar Roefs

len. En die ductcellen zijn belangrijk in de vorming

op hoopt. De cellen zouden in een scaffold kunnen

van bètacellen: tijdens de ontwikkeling van de

worden geplaatst (zie ook Eilandjes transplanteren in

alvleesklier, in de baarmoeder, ontstaan de eilandjes

een kunstmatige alvleesklier) en een diabetespatiënt

van Langerhans vanuit embryonale ductcellen. “Die

kan dan nieuw gekweekte eilandjes van Langerhans

embryonale ontwikkeling kunnen we mogelijk in

krijgen, zonder dat er een tekort aan donormateriaal

een kweekschaaltje nabootsen”, zegt Tim Dielen,

ontstaat.

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

Andere kandidaten Van de 250 donoralvleesklieren die er jaarlijks in

Embryonale ontwikkeling

Nederland beschikbaar zijn, worden sommige orga-

Hoe je ductcellen uit de alvleesklier isoleert weten

nen in zijn geheel naar één patiënt getransplanteerd.

we al. Die volwassen cellen moet je ertoe zien te

Uit de andere alvleesklieren worden de eilandjes van

bewegen dat ze zich gaan gedragen als embryonale

Langerhans gehaald, zo’n een procent van het totale

ductcellen, zodat ze zich vervolgens kunnen specia-

orgaan, en getransplanteerd. De rest van de alvlees-

liseren richting bètacel. Dielen: “Het is puzzelen.

klier is dan vaak waardeloos geworden. Zonde,

We gebruiken wat we weten van embryonale ont-

vinden de onderzoekers. Dat resterende materiaal

wikkeling. Je moet de genen die nodig zijn voor de

zou nog wel eens van pas kunnen komen.

ontwikkeling van bètacellen identificeren en de kettingreacties die tijdens de groei plaatsvinden

Een van de hoofdonderdelen van de alvleesklier is

in kaart brengen. Die informatie kunnen we dan

het uitgebreide gangenstelsel, dat alle verterings-

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

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-

gangen worden gevormd door zogenoemde ductcel-

mijn ductcellen te kweken in een speciale soort gel,

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

DCTI

Gezocht: cel voor insulineproductie

waarbij de cellen uit zichzelf gangen lijken te vormen

cellen. “Veel onderzoeksgroepen die met dierlijke

zoals in de embryonale pancreas. De volgende stap is

cellen werken publiceren prachtige resultaten –

de ontwikkeling van deze cellen naar bètacellen. De

maar vaak zeggen zulke resultaten weinig over

onderzoekers zijn er in geslaagd om proof of concept

hoe het bij mensen werkt.” Voor vertaling naar

te laten zien: een klein percentage van de gekweekte

de kliniek is werken met humane cellen cruciaal.

ductcellen produceert inmiddels insuline.

Er kleven alleen wel nadelen aan: het beperkt de 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-

cellen te kweken is werken vanuit alfacellen, die ook

nen kunnen ongeveer tachtig alvleesklieren per jaar

in de eilandjes van Langerhans te vinden zijn en de

worden gebruikt voor onderzoek – mits daarvoor

tegenhanger van insuline produceren: glucagon. Van

toestemming is gegeven door de nabestaanden.

alfacellen zijn er ongeveer vier keer minder dan van bètacellen. De onderzoeksgroep van het LUMC ont-

Met het materiaal dat wel voorhanden is werken

dekte dat bètacellen soms spontaan veranderen in

Carlotti en collega’s dan ook zo efficiënt mogelijk.

alfacellen, zodra je een eilandje van Langerhans in

Om de celkweek op te schalen, werken ze samen

het lab uit elkaar laat vallen en de cellen weer laat

met biotechnologiebedrijf Xpand, dat erin gespecia-

samenvoegen. Als we die spontane verwisseling kun-

liseerd is om in bioreactoren cellen te kweken (zie

nen omkeren zodat een alfacel een bètacel wordt, is

ook Opdracht: kweek miljoenen bètacellen). Carlotti:

de gedachte, dan biedt dat perspectief voor een alter-

“Om ons werk naar de kliniek te kunnen vertalen,

natieve bron voor insuline producerende cellen.

hebben we een zeer groot aantal cellen nodig. Door met Xpand samen te werken is de kweek minder

Het werk van Carlotti en collega’s is bijzonder,

arbeidsintensief: in ons eigen lab kweken we cellen

omdat de onderzoekers zich focussen op menselijke

op een tweedimensionaal vlak, en het kost veel werk om ze te voeden. Met de driedimensionale celkweek ontwikkeld door Xpand kunnen we de kweek sneller opschalen.”

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

DCTI

Procesverslag tekst: Rineke Voogt

Opdracht: kweek miljoenen 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.

Najaar 2013

De eerste batch cellen komt uit FOTO: XPAND

Leiden aan bij Xpand. Omdat volwassen bètacellen niet willen delen, hebben de Leidse onderzoekers bètacellen veranderd: de “gestripte” cellen produceren

Zomer 2012

Het hele idee achter DCTI is om

Xpand is een biotechnologiebe-

geen insuline meer, maar kunnen

gezonde, goed functionerende

drijf gespecialiseerd in het kwe-

wel delen. Zowel gestripte bèta-

bètacellen te transplanteren in

ken van mesenchymale stam-

cellen als ductcellen moeten in

een patiënt die ze niet meer heeft.

cellen (die later kunnen specia-

kweek. Nu is het zaak zo snel

Daarvoor heb je natuurlijk vol-

liseren in bijvoorbeeld vetcellen,

mogelijk uit te zoeken onder

doende bètacellen nodig. Het

bot- of spierweefsel). Ruud Das

welke omstandigheden de cellen

ontbreekt aan donormateriaal,

en Wendy Tra van Xpand willen

het best gedijen. Helaas loopt

en dus speuren de onderzoekers

dezelfde techniek gebruiken

het al snel op een teleurstelling

naar manieren om nieuwe insu-

voor het kweken van bètacellen.

uit. Om de cellen te kweken in

line producerende cellen te

Daarvoor gebruiken ze een speci-

de bioreactor (en ze niet met het

maken (zie ook Gezocht: cel voor

ale zelfontwikkelde bioreactor,

medium weg te laten spoelen),

insulineproductie). Maar dat is niet

waarbij in een grote plastic zak

moeten ze hechten aan een zoge-

de enige uitdaging: het moet

in een gecontroleerde omgeving

noemde “microcarrier”: een

namelijk niet alleen in een rea-

veel cellen tegelijk kunnen

knikker van tweehonderd micro-

geerbuisje werken, het moet op

groeien terwijl ze met minder

meter met eiwitten eromheen,

grote schaal. Een gezond persoon

medium toekunnen. Dat moet

waarop cellen goed groeien.

heeft in zijn alvleesklier ongeveer

ook met bèta’s kunnen, is de

Als Tra in een kweekplaat cellen

een miljoen eilandjes van Langer-

gedachte.

toevoegt aan medium met micro-

hans, die voor zestig procent uit

carriers en het medium er na een

bètacellen bestaan. Er moet dus

poos afhaalt, zijn er amper bolle-

veel gekweekt worden. En daar

tjes vol cellen te zien: helaas, ze

komt Xpand in beeld.

willen niet hechten.

WI O:

Voorjaar 2014

Voorjaar 2015

Een doorbraak voor de gestripte

Je moet je cellen goed kennen om

bètacellen: een nieuwe batch

ze te kunnen kweken. Dat bèta’s

cellen, voorzien van een ﬂuores-

niet makkelijk zijn, is inmiddels

cerend labeltje, blijken goed te

duidelijk. De cellen zijn ook al

hechten. Microcarrier CellBind

niet onder de indruk van enzy-

blaakt van de ﬂuorescentie, zodra

men die normaal gesproken

Tra hem prepareert.

makkelijk cellen losweken van

Het succes blijkt van korte duur.

de microcarriers. Zelfs na een

Bèta’s willen wel blijven plakken

uur badderen in een mengsel

aan CellBind, maar ze laten nooit

met het enzym laten lang niet alle

meer los.

cellen los. Moeten ze nog langer?

FOTO: XPAND

FOTO: MAAIKE ROEFS

bètacellen

Dat kan eigenlijk niet, want dan

20??

gaan er ook cellen kapot.

De oogst is gelukt! Dus nu op naar

Winter 2014

de volgende stap: de cellen kwe-

Ductcellen leken naast bètacellen

ken in de bioreactor. Daarin kan

een goed alternatief om op te

het equivalent van honderd platte

kweken. Maar ze blijken buiten-

Zomer 2015

kweekﬂessen aan cellen tegelijk

gewoon lastige klanten. De popu-

De cellen van twee donoren staan

groeien. Tweehonderd miljoen,

latie cellen die je kweekt is niet

op kweek in platte kweekﬂessen.

als het meezit. Dat zijn genoeg

zuiver, het is moeilijk ze te sorte-

Het gaat de goede kant op: de

bètacellen voor tientallen patiën-

ren. En ze hebben enorm veel

goede microcarrier, de juiste

ten met diabetes type 1. Althans,

medium nodig. Na maanden

groeifactoren en vijftig procent

als het lukt om de gestripte bèta’s

experimenteren trekt Tra de

van de gekweekte cellen kan

weer te veranderen in insuline

stekker eruit. Ductcellen hebben

geoogst worden. Genoeg is het

producerende cellen. Wordt aan

vanaf nu geen prioriteit meer:

nog niet. Das en Tra zijn niet

gewerkt.

Xpand focust op bètacellen.

bereid zomaar de helft van de kweek op te geven. Dat oogsten moet beter kunnen.

DCTI

Beeldreportage 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.

DCTI

DCTI 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.

DCTI

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier

DCTI

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier

Sinds een aantal jaar komen patiënten met ernstige vormen van diabetes type 1 in aanmerking voor transplantatie van eilandjes van Langerhans. Eilandjes worden uit de alvleesklier van een donor gehaald en ingebracht in de lever van de patiënt. Dat lukt, maar doordat de eilandjes niet in de lever thuishoren, gaan er tijdens transplantatie en in de periode daarna veel verloren. Bio-engineer Aart van Apeldoorn en immunoloog Paul de Vos proberen een betere transplantatieplaats te maken met behulp van biomaterialen.

“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.” 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.” 18

DCTI

Inter view tekst: Rineke Voogt beeld: Marjolein Leemkuil

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

DCTI

veel voorbereiding en grote zorgvuldigheid. Een

en in een piepschuimdoos op ijs getransporteerd

alvleesklier is week van structuur, en veel minder

naar het ontvangend ziekenhuis. Hier worden ze

solide dan een nier of een lever, waardoor het snel

aangesloten op de bloedvaten van de ontvanger,

beschadigt. De gevolgen daarvan zijn groot: een

waarna er weer warm bloed door het orgaan

alvleesklier bestaat namelijk slechts voor ongeveer

stroomt. Dat moet anders kunnen, vonden de

twee procent uit de eilandjes van Langerhans (met

Groningse onderzoekers.

daarin de insuline producerende cellen), maar voor het grootste gedeelte uit cellen die spijsverterings-

Een alternatief voor de piepschuimdoos is de

enzymen aanmaken. Als die door schade gaan lekken

zogenoemde machineperfusie, een methode die is

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

vuldigheid van artsen treden er vaak complicaties op.

op zo’n soort machine, verklein je de kans op schade. “Wanneer een orgaan afkoelt, daalt het

Leuvenink en Leemkuil willen de kans op schade

metabolisme tot ongeveer tien procent. De organen

aan de alvleesklier zoveel mogelijk verkleinen, zodat

hebben dan dus nog steeds zuurstof en voedingsstof-

het aantal geschikte donororganen toeneemt.

fen nodig. Met een pomp kun je het orgaan continu

“Tijdens een donatieprocedure treedt er in verschil-

doorspoelen met een vloeistof naar keuze, en het

lende stappen schade op aan de organen”, zegt

bovendien op de gewenste temperatuur houden. Een

Leuvenink. Risico op schade start al bij het overlij-

oxygenator levert zuurstof. Je zou zelfs medicijnen

den van de donor. Vervolgens worden de organen op

kunnen geven of het orgaan kunnen repareren”,

de operatiekamer gekoeld, uit het lichaam genomen

zegt Leuvenink.

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 Sluit je een orgaan meteen aan op een pomp, dan

en ogen: zodra een chirurg een donoralvleesklier

kun je er ook eerst tests op uitvoeren voor je hem

uitneemt, moet iemand het orgaan op de pomp

transplanteert. Leuvenink: “Als je een oude auto

aansluiten. De pomp reist vervolgens mee naar de

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

ontvanger van het orgaan – maar mag dat wel in het

Van een donororgaan dat in een piepschuimdoos

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

binnenkomt weet je niets. Het is dus heel relevant

moeten we eerst oplossen”, zegt Leuvenink.

om het orgaan eerst op de ‘testbank’ te leggen. Bij een alvleesklier wil je natuurlijk weten: produceert

Als die alvleesklierpomp er eenmaal is, kan hij wel-

hij wel insuline?”

licht ook worden gebruikt bij de transplantatie van eilandjes van Langerhans. De verwachting is dat de

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

eilandjes van een op de pomp aangesloten alvlees-

langer. Machineperfusie bij de alvleesklier is een nog

klier een betere conditie hebben. Dat is gunstig,

onontgonnen expertise. Leemkuil heeft binnen DCTI

want losse eilandjes functioneren minder goed dan

gewerkt aan een prototype voor de pomp, gebruik-

een hele alvleesklier. Daarom zijn er voor transplan-

makend van bestaande apparaten voor de nier. “We

tatie nu eilandjes van twee of drie donoren nodig.

hebben gemerkt dat deze pomp niet geschikt is voor

Leuvenink: “We willen proberen om met de pomp

een alvleesklier en nog aanpassingen behoeft, maar

de conditie van de alvleesklier en dus de kwaliteit

eerst wilden we testen of een dergelijke opstelling

van de eilandjes beter te maken, zodat we met één

überhaupt effect heeft voor dit orgaan. Als het veilig

alvleesklier toekunnen.”

lijkt, dan kunnen we een pomp ontwikkelen specifiek voor de alvleesklier.”

DCTI

Discussie

Eerste tests versus laatste strohalm Voor patiĂŤnten die hun glucosegehalte maar niet onder controle kunnen krijgen, is elke nieuwe vorm van therapie een laatste strohalm. Maar hoe ga je daar als arts en wetenschapper mee om? Wanneer is toepassen veilig genoeg om de patiĂŤnt erbij te betrekken? Eelco de Koning, hoogleraar Diabetologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum, legt uit.

DCTI tekst: Elles Lalieu beeld: LUMC

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

de reguliere behandeling en kunnen we ook zien

zullen ze heel goed geïnformeerd worden over de

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

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

vastklampen.”

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.

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

Colofon Redactie

Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt Hoofd/eindredactie

Sciencestories.nl, RenĂŠ Rector Vormgeving

Parkers, Rick Verhoog en Sara Kolster Infographics

Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster Projectleiding

Giovanni Stijnen, Science Center NEMO CoĂśrdinatie

Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, Kennislink Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met Science Center NEMO (uitgever van Kennislink.nl) en Margot Beukers (DCTI).