NIRM

Help het lichaam zichzelf te herstellen

Amsterdam 2016

Help het lichaam zichzelf te herstellenNIRM

NIRM

InhoudVoorwoord 3

Als tissue engineering en stamcelonderzoek elkaar ontmoeten 4

Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel 6

Design je eigen hartklep 9

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen 12

Bouw een testkit op maat 18

Stamcellen overleven op synthetische hydrogel 20

Herstellen met stamcellen 22

Nooit meer droge beschuitjes 24

Maak je eigen onderzoeksmateriaal 27

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs 28

Leverschade herstellen met eigen cellen 32

Bloedcellen met een streepjescode 35

Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde? 36

NIRM partners 38

Colofon 41

Deze uitgave kwam tot stand in samenwerking met NEMO Kennislink, de populair-wetenschappelijke

website voor het Nederlandse taalgebied. Voor meer actuele informatie en nieuws over onderwerpen in dit

boek, raadpleeg: www.nemokennislink.nl/partners/nirm, of één van de volgende thema’s:

www.nemokennislink.nl/thema/er-vroeg-bij-zijn | www.nemokennislink.nl/thema/herstellen-met-

stamcellen | www.nemokennislink.nl/thema/medicijnen-op-maat | www.nemokennislink.nl/thema/

zo-goed-als-nieuw | www.nemokennislink.nl/thema/leven-bouwen-met-moleculen

Voor meerinformatie klik op de links en de ikonen

NIRM

Voorwoord

Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende

resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-

project NIRM. LSH staat voor ‘Life Sciences &

Health’, oftewel de toepassing van de levens-

wetenschappen voor onze gezondheid, en FES

voor ‘Fonds Economische Structuurversterking’,

de zogenoemde aardgasbaten.

NIRM begon zijn activiteiten in 2010, na goedkeuring

door de Nederlandse overheid van een overkoepe-

lend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door een

combinatie van vele partners – waaronder kleine en

middelgrote bedrijven, multinationals, universitaire

en medische onderzoeksgroepen, patiëntenorgani-

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

De FES-subsidie werd ingezet om tot een publiek-

private samenwerkingsverband te komen: tegen

elke euro subsidie van de overheid werd ook een

euro door de partners geïnvesteerd. Na zes jaar

hard werken zijn de resultaten direct inzetbaar

voor patiënten, danwel kunnen ze worden gebruikt

voor onderzoek dat heel dicht bij patiënten staat.

Hiermee heeft het consortium aangetoond dat het

de onderzoeksgelden optimaal heeft ingezet om

bij te dragen aan het verbeteren van de nationale

gezondheid, en voor het aanjagen van de econo-

mische bedrijvigheid in Nederland.Veel van deze

resultaten vindt u terug in dit boek, waarbij u zich

keer op keer zult verwonderen over de laatste ont-

wikkelingen in dit boeiende vakgebied. Ik wens u

dan ook veel leesplezier!

Herman Verheij

L S H - F E S S E C T O R C O Ö R D I N A T O R

Regeneratieve geneeskunde staat volop in de

belangstelling. Diepgaande studies naar stamcellen,

biomaterialen, en netwerken van signalen binnen

en buiten de cel, hebben ons geleerd dat er nog veel

te verbeteren valt aan de huidige technieken die

gebruikt worden om weefsels en organen te repa-

reren. Er zijn krachtige nieuwe technieken ontwik-

keld, zoals het printen van biomaterialen. Of dat we

van een gewone bloedcel weer een stamcel kunnen

maken, om vervolgens te laten uitrijpen naar bijna

elke gewenst celtype. Dat hielden we tien jaar gele-

den nauwelijks voor mogelijk. Het is geen science

fiction, maar gewoon een feit. Meestal op laborato-

riumschaal weliswaar, maar daar beginnen de inno-

vaties die uiteindelijk tot een betere behandeling

leiden. Innovaties die ook onze kenniseconomie

stimuleren. Het is te verwachten dat in de nabije

toekomst ziekten als diabetes en ouderdomsblind-

heid profijt zullen hebben van deze nieuwe ontwik-

kelingen. De basis is gelegd, nu nog het vervolg.

Een afgehakte poot van een salamander groeit er

gewoon weer aan. Bij ons gebeurt dat niet.

Nieuwe kennis omtrent volledig lichaamsherstel

maakt dit op termijn misschien mogelijk. Is dát

science fiction? Wat nu fictie wordt genoemd,

kan straks een feit zijn. Het NIRM is er trots op,

dat we steentjes bijdragen om dromen om te

zetten in kennis.

Ruud Bank & Elaine Dzierzak

P R O G R A M M A D I R E C T E U R S N E T H E R L A N D S I N S T I T U T E O F R E G E N E R A T I V E M E D I C I N E

3

NIRM Infographic

tekst: René Rector beeld: Parkers

Als tissue engineering en stamcelonderzoek elkaar ontmoeten

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

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

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

Want hoe zorg je dat precies het goede weefsel gaat groeien?

1 Een arts neemt stamcellen weg uit het lichaam.

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

4

NIRM

Soms zijn weefsels en organen

zodanig beschadigd, dat ze uit

zichzelf niet meer herstellen.

Wanneer dat herstel wel nodig

is omdat de functie essentieel is

voor een kwalitatief acceptabel

leven, zijn patiënten nu meestal

aangewezen op symptoombestrij-

ding of donatie. Donormateriaal

is echter vaak schaars, en eenmaal

geïmplanteerd moet een patiënt

levenslang medicijnen slikken om

afstotingsverschijnselen te voor-

komen. Bij regeneratieve genees-

kunde gaat het anders: buiten

het lichaam wordt lichaamseigen

celmateriaal opgekweekt, en dat

wordt in plaats van donormateri-

aal geïmplanteerd.

Het blijkt een lastige noot om te

kraken. Als behandelend arts

moet je in staat zijn om buiten

het lichaam voldoende weefsel

op te kweken uit cellen van de

patiënt. Bovendien moet dat

weefsel op precies de goede

manier ontwikkelen, zodat het

de juiste functie kan uitoefenen.

Daartoe maken tissue engineers

vaak buiten het lichaam een soort

steiger (een scaffold, in vak-

termen) van bio-afbreekbaar

materiaal. Door het materiaal

“slim” te maken en er vervolgens

lichaamseigen cellen op aan te

brengen, groeit in het lab nieuw

weefsel in de juiste vorm met de

juiste functie. Als lichaamseigen

cellen blijken stamcellen het goed

te doen, omdat die nog niet uit-

ontwikkeld zijn. “Slim maken”

betekent dat er in steigermateriaal

instructies worden ingebakken

zodat de stamcellen weten wat

ze moeten doen.

3 Op de steiger worden stam-cellen aangebracht. De steiger is voorzien van wegwijzers die stamcellen helpen zich op de gewenste manier te ontwikkelen.

4 De nieuwe structuur wordt operatief geplaatst. Daar neemt het lichaam de herstelwerkzaam-heden over. Afstotingsverschijn-selen zijn er niet, omdat het implantaat uit eigen cellen is opgekweekt.

5

NIRM Interview

tekst: Rineke Voogt

Waarom is onderzoek aan paardenkraakbeen zo belangrijk?“Veruit de meeste dieren die we hebben gedomesti-

ceerd zijn belangrijk vanwege hun producten. Maar

bij het paard gaat het echt om de beweging: paarden

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

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

sportgeneeskunde: het bewegingsapparaat van

het paard is essentieel. De meeste gezondheids-

problemen die we in de paardenwereld tegenkomen,

zitten dan ook in het spier-skeletstelsel. Beschadigd

gewrichtskraakbeen is een van de grootste oorzaken

van slecht functioneren.”

En die schade is niet te repareren?“Kraakbeen is ingewikkeld spul. In tegenstelling

tot bijna alle andere weefsels herstelt het zich bij

volwassenen na beschadiging niet. Kraakbeencellen

maken zeer langzaam nieuw collageen aan; je zou

zo’n driehonderd jaar moeten wachten voor

gewrichtskraakbeen volledig vernieuwd is. Dat het

zo slecht herstelt weten we trouwens al sinds een

publicatie erover in 1743, maar een oplossing is er

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

been worden nu vaak gaatjes geboord in het onder-

liggende bot, zodat cellen uit het beenmerg het gat

kunnen opvullen met nieuw weefsel. Dan ontstaat

echter altijd littekenweefsel dat een veel slechtere

kwaliteit heeft dan het originele kraakbeen. Een

andere optie is het hele gewricht vervangen door

een kunstgewricht, maar kunstgewrichten zijn niet

optimaal en hebben maar een beperkte levensduur.

Wij zoeken naar een oplossing met stamcellen, zodat

het kraakbeen zichzelf wél kan herstellen.”

Hoe gaat dat in zijn werk?“Het idee is: kraakbeen kun je niet namaken, maar

je kunt wel een biomateriaal (een zogenoemde

scaffold) implanteren waar cellen in overleven

die nieuw kraakbeen aanmaken. Daarvoor

werken we samen met het Universitair Medisch

Centrum Utrecht; zij werken met 3D-printers aan

dat biomateriaal. Er zijn nog veel variabelen in dat

onderzoek: je kunt kraakbeencellen, kraakbeen-

stamcellen, of algemenere IPS-cellen gebruiken.

Ook werken we binnen NIRM ook aan een biomate-

riaal met ‘vesikels’. Dat zijn blaasjes met stoffen,

bijvoorbeeld RNA, die zorgen voor de communicatie

Dierenarts René van Weeren doet onderzoek naar het “bioprinten” van kraakbeen

bij paarden. Schade aan kraakbeen is iets dat de paardensport graag wil verhelpen.

Maar ook voor oplossen van kraakbeenschade bij mensen biedt dit onderzoek

perspectief, vertelt Van Weeren, hoogleraar aan de Universiteit Utrecht.

“ Je zou zo’n driehonderd jaar moeten wachten voor gewrichts-kraakbeen volledig vernieuwd is.”

Een paardenmiddel – kraakbeen printen

6

NIRM

voor gewrichtsherstel

Een paard wordt na behandeling op een speciale loop-band geplaatst. Met camera’s en andere meetapparatuur houden de onderzoekers precies bij hoeveel druk er op de gewrichten staat en of alle benen gelijk worden belast.

Een paardenmiddel – kraakbeen printen

7

NIRM Een paardenmiddel – kraakbeen printen voor gewrichtsherstel

tussen cellen. Als die vesikels je eigen kraakbeen-

cellen ertoe kunnen aanzetten dat ze wél weer

collageen produceren, heb je geen stamcellen

meer nodig.”

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

zijn stamcellen die gemaakt worden uit volwassen

huidcellen. Die stamcellen kunnen zich vervolgens

specialiseren tot zeer uiteenlopende type cellen.

Het voordeel van het gebruik van deze stamcellen is

dat je ze kunt kweken van de patiënt zelf. Dat voor-

komt problemen met het immuunsysteem.

Zijn deze technieken al in de praktijk toegepast?“Het groeien van de cellen in het biomateriaal kun je

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

paarden. Gelukkig is het bij paarden veel makkelijker

om allerlei dingen te meten dan bij klassieke proef-

dieren als een muis of rat. We maken dan een klein

defect in het kraakbeen, waarna het paard de inter-

ventie met het geprinte biomateriaal krijgt. Vooraf,

gedurende de proef en achteraf onderzoeken we het

paard grondig. We zetten het bijvoorbeeld op een

loopband, waarbij we precies kunnen meten hoeveel

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

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

ra’s kunnen we de hele beweging analyseren. En

met een soort kijkoperatie kunnen we zelfs visueel

volgen of en hoe het kraakbeen zich herstelt.

Biomarkers in de gewrichtsvloeistof vertellen ons

of er een ontsteking is opgetreden, en of er extra

collageen is aangemaakt of afgebroken.”

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

echt goed kraakbeenweefsel aan te maken, dan staan

we zo op de rol voor de Nobelprijs. Het materiaal is

nog steeds niet optimaal: bij een aantal proeven viel

tegen dat het kraakbeen snel verdwenen was. De

procedure moet nog verbeterd worden. Het is bij een

paard lastig dat het geïmplanteerde materiaal meteen

al op de proef gesteld wordt, want het dier belast

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

Wat dat betreft zijn mensen makkelijker. Die kun je

gewoon opdragen om een tijd plat te gaan liggen.”

Pijnloze slijtageSchade aan gewrichtskraakbeen is in eerste instantie

niet merkbaar: kraakbeenweefsel heeft geen zenuwen.

Maar als er eenmaal beschadiging is opgetreden,

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

levert wel pijn op, omdat het onderliggende bot – dat

wél heel goed van zenuwen voorzien is, en dus heel

gevoelig – dan bloot komt te liggen.

Dit onderzoek biedt ook perspectief voor mensen met gewrichtsproblemen. Hoe groot is de stap van paard naar mens?“Aan het begin van ons onderzoek hebben we

gekeken naar de dikte, samenstelling en andere

eigenschappen van kraakbeen van verschillende

dieren. We hebben wel 120 dieren vergeleken van

58 zoogdiersoorten – dieren die in de dierentuin

doodgaan, komen namelijk bij ons voor analyse.

Wat bleek: het kraakbeen van veel dieren zwaarder

dan een kilogram is heel vergelijkbaar. En van een

paard en een mens ligt het type kraakbeen zeer dicht

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

het bijna vanzelfsprekend ook bij de mens. Daarom

kunnen we ook hecht samenwerken met onderzoe-

kers aan de humane kant, van het UMC Utrecht.

Doelsoort voor dit onderzoek is niet alleen het

paard, maar ook de mens.”

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

8

NIRM Case study

Een nieuw soort implanteerbare hartklep die lijkt

op een echte klep is hard nodig. De kunstmatige

exemplaren die nu worden gebruikt voor implan-

tatie hebben behoorlijke nadelen. Carlijn Bouten,

hoogleraar Biomedische technologie aan de

Technische Universiteit Eindhoven legt uit: “Een

mechanische prothese leeft niet. Die is gemaakt

van kunststof en metaal, en kun je horen tikken.

Wat erger is: deze kleppen slaan de bloedlichaam-

pjes kapot. Je moet daarom je leven lang medicijnen

slikken tegen trombose. Maar met zulke bloedver-

dunners zijn bloedingen lastig te stoppen. Kortom:

de kwaliteit van leven gaat voor een patiënt wel

omhoog, maar eigenlijk krijg je een aandoening

erbij.” Een biologische klep van een donor(dier) is

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

moet vervangen. Voor jonge patiënten betekent

dat een reeks risicovolle operaties, want voor deze

groep – zesduizend Europese kinderen per jaar

hebben een nieuwe hartklep nodig – worden er

geen kunstkleppen op maat worden gemaakt.

Donorkleppen zijn bovendien schaars.

Design je eigen hartklep

Mensen met een lekkende of vernauwde hartklep kunnen een vervangende

kunstklep geïmplanteerd krijgen. Maar een mechanische kunsthartklep vergt

levenslang gebruik van medicijnen en een klepprothese van dierlijk materiaal

slijt snel. Beide kleppen groeien bovendien niet met de patiënt mee. Carlijn

Bouten werkt aan een alternatief: een implantaat dat na plaatsing lichaams-

eigen cellen aantrekt en daarvan zelf een nieuwe hartklep vormt.

1 Het hart pompt onafgebroken bloed rond in het lichaam.

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

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

tekst: Rineke Voogt beeld: Hartstichting

9

NIRM

Dat moet anders kunnen, dachten Bouten en col-

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

het lab opgekweekte tissue-engineered kunsthart-

klep. “Hartkleppen gaan honderdduizend keer per

dag open en dicht. Het idee is dat levende kleppen

een stuk beter functioneren. Ze slijten niet, en zijn

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

standigheden, zoals bijvoorbeeld een verhoogde

bloeddruk. Via tissue-engineering kun je levende

prothesen bouwen, en we wilden dat ook voor

hartkleppen doen.”

Een leven langMet zo’n tissue-engineered klep, gemaakt uit

lichaamseigen cellen, vang je de nadelen op van de

gebruikelijke kunstkleppen: geen trombose of afsto-

tingsverschijnselen, en levende tissue-engineered

kleppen kunnen meegroeien met de patiënt en een

leven lang meegaan.

Maar een in het lab gekweekte hartklep heeft ook

nadelen. Het is niet duidelijk van wie de hartklep

eigenlijk is – de onderzoekers, de patiënt, of de arts?

Een infectie is gauw opgelopen. Bovendien: de kweek

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

Eindhovense onderzoekers een andere weg ingesla-

gen: het implanteren van een levenloze steiger -

een scaffold, in jargon – die zich in het lichaam zelf

ontpopt tot een volledig functionerende hartklep.

HulpstoffenHet principe is simpel: neem een stevig, maar

poreus plasticachtig materiaal dat in het lichaam

afbreekbaar is, implanteer het, en laat het lichaam

die scaffold zelf opvullen met eigen cellen. Bouten:

“Het lichaam kan heel goed zelf weefsel maken.

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

steking zet het lichaam aan tot reparatie. Het enige

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

leiden.” De groep van Bouten begeleidt het groei-

proces, door bijvoorbeeld aan de scaffold bepaalde

actieve moleculen toe te voegen die de genezing

bevorderen door monocyten (een type witte bloed-

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

de mal van de scaffold dan langzaam maar zeker een

sterk weefsel. Al eerder slaagden de Eindhovense

wetenschappers erin om met die methode bloed-

vaten te vervangen.

De scaffoldHet implantaat, de scaffold die de basis vormt voor de

hartklep, bestaat uit draadjes biologisch afbreekbare

polymeren van een duizendste millimeter dun. Biotech-

nologiebedrijf Xeltis bouwt die scaffolds. “Ongeveer

zoals je een suikerspin maakt”, vertelt Martijn Cox van

Xeltis. Met elektrische lading wordt een lange dunne

draad om een mal van een harklep gesponnen, waar-

door een 3D-netwerk ontstaat waar lichaamscellen in

kunnen blijven haken.

Speciale groepenMechanisch lijkt de klep al goed te werken. De uit-

daging is om de klep in het lichaam precies het goede

weefsel te laten groeien. Een hartklep moet sterk

zijn, maar tegelijk flexibel. Hij moet de juiste vorm

krijgen. En de afbraak van de scaffold moet niet te

snel of te langzaam gebeuren. “Dat proces moeten we

nog finetunen”, zegt Bouten. En dat gebeurt buiten

het lichaam, in het Eindhovense lab. De scaffolds

worden in een bioreactor geplaatst waarin ze worden

voorzien van stromend kunstbloed, om de situatie

in het lichaam zo goed mogelijk na te bootsten. Een

“humaan modelsysteem”, noemen de onderzoekers

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

weten hoe snel het weefsel groeit, en hoe je de

afbraak van het scaffoldmateriaal aan- of uitzet. Een

scaffold heeft bepaalde eigenschappen, maar als het

weefsel erin groeit veranderen die. Zie het als een

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

lijk kan en volhoudt waar die voor bedoeld is.”

10

NIRM Design je eigen hartklep

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

wordt nagebootst, kun je ook de omstandigheden

van een ziek of oud lichaam simuleren. Bij mensen

met diabetes gaat het genezen van een wond bij-

voorbeeld langzamer dan bij gezonde mensen, dus

daar moet rekening mee worden gehouden bij de

bouw van de hartklep. En cellen van oude mensen

hebben andere eigenschappen dan die van jonge

mensen.

De scaffoldmethode biedt mogelijkheden om ook

lastiger omstandigheden het hoofd te bieden, door

in de scaffold extra hulpstoffen aan te brengen.

Bouten en collega’s willen voor een aantal belang-

rijke patiëntgroepen uitzoeken welke extra’s goed

werken. “Maar natuurlijk kan beschadiging van de

hartklep ook opnieuw voorkomen. We moeten voor

bijvoorbeeld diabetes dus bepalen of deze techniek

wel of niet geschikt is”, zegt Bouten.

SchapenDe volgende halte voor deze behandeling is proef-

dieronderzoek. Hoewel het humaan modelsysteem

in zekere zin nog complexer is dan een proefdier – je

kunt er immers de situatie van een zieke patiënt mee

simuleren – moet de techniek aantoonbaar werken bij

proefdieren voor ze bij mensen toegepast kan worden.

De ideale kandidaat is daarvoor al gevonden: het

schaap, waar eerder al in het lab gekweekte kleppen

op werden getest. Die dieren zijn namelijk het worst-

case-scenario, vanwege de snelheid waarmee bij

hen de hartklep kan verkalken. Als het lukt om in

de schapen een werkende gezonde hartklep te

“kweken”, dan zal het zeer waarschijnlijk ook bij

de mens lukken.

Die laatste fase, de scaffold implanteren bij mensen

met een slecht functionerende hartklep, laat nog

even op zich wachten. Maar wanneer de klep twee

jaar goed bij een schaap blijkt te functioneren,

is voor de onderzoekers de stap naar een eerste

klinische studie mogelijk.

4 De kunstklep wordt gemaakt van afbreekbaar materiaal.

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

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

7 Door de lokstoffen koloniseren witte bloed- cellen de scaffold.

8 Door de aanwezigheid van de witte bloedcellen wordt de scaffold langzaamaan verstevigd met collageen.

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

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

11

NIRM Interview

tekst: Elles Lalieu beeld: UMC Utrecht

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

12

NIRM

Stamcellen zijn cellen die nog van

alles kunnen worden. Maar hoe

bepalen die cellen wat ze uiteindelijk

worden? Daar krijgen we steeds

meer inzicht in. Binnen NIRM is in

verschillende groepen geprobeerd

om stamcellen bot of kraakbeen-

weefsel te laten worden. En dat

lukt al vrij aardig.

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

13

NIRM

Celbioloog Clemens van Blitterswijk promoveerde in

de jaren tachtig van de vorige eeuw op de ontwikke-

ling van keramische gehoorbeentjes. Inmiddels is hij

hoogleraar Regeneratieve geneeskunde aan de Uni-

versiteit van Maastricht. In de afgelopen dertig jaar

heeft hij een hoop onderzoek gedaan op het gebied

van weefselregeneratie: het maken van natuurlijke

weefsels om kapotte onderdelen in het lichaam te

kunnen vervangen.

“Binnen mijn onderzoeksgroep is nu het kleinste

gehoorbeentje, de stijgbeugel, gemaakt van kraak-

been”, vertelt van Blitterswijk enthousiast. “In het

oor is zo’n gehoorbeentje van bot gemaakt en dat

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

een proof of concept. We kunnen op een makkelijke

manier een grote hoeveelheid gehoorbeentjes maken

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

uitdagingen van de regeneratieve geneeskunde: we

kunnen van alles maken, maar als het onbetaalbaar

is heeft natuurlijk niemand daar iets aan.”

TopochipDe stijgbeugel van kraakbeen is een praktisch voor-

beeld, waar heel wat onderzoek aan vooraf is gegaan.

Stamcellen groeien op verschillende oppervlakken,

maar niet op elk oppervlak op dezelfde manier. De

vorm en structuur van zo’n oppervlak bepalen hoe

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

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

14

NIRM Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

een stamcel zich gedraagt en tot welk type cel hij

uiteindelijk uitgroeit. Om de relatie tussen het

oppervlak en het gedrag van cellen te kunnen

onderzoeken ontwikkelden van Blitterswijk en zijn

team de Topochip, een chip met ruim tweeduizend

verschillende oppervlaktestructuren.

Op de chip worden stamcellen gezaaid, die zich ver-

volgens hechten aan één van de structuren. Cellen

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

net zoals blinden braille kunnen lezen. Stamcellen

specialiseren zich, afhankelijk van de structuur, in

een bepaalde richting. Op het ene oppervlak worden

ze bijvoorbeeld spiercellen, op het andere oppervlak

botcellen.

De structuren op de chip zijn combinaties van drie

basisvormen: een cirkel, een rechthoek en een drie-

hoek. De Topochip bevat ruim tweeduizend structu-

ren, maar er zijn in totaal 158 miljoen combinaties

mogelijk. Al die combinaties zijn opgeslagen in een

bibliotheek. Stel dat structuren met een cirkel heel

geschikt zijn om stamcellen te laten omvormen tot

botcellen. Dan kunnen de onderzoekers een nieuwe

chip maken met allerlei verwante cirkelstructuren om

te achterhalen welk oppervlak het beste stimuleert.

Richtte de Topochip zich nog op individuele cellen,

inmiddels heeft van Blitterswijk ook een systeem

ontwikkeld om miniorgaantjes te kunnen kweken

op verschillende structuren. “In het laboratorium

wordt veel gebruik gemaakt van 96-wells platen”,

vertelt hij. “Daarmee kun je 96 condities in één keer

testen. Wat wij gedaan hebben, is de bodem van

elk van die vakjes bedekken met 580 kleine micro-

kweekbakjes. Op een hele plaat kun je dan 50.000

micro-orgaantjes kweken.”

BouwblokkenBoven op de microkweekbakjes bevindt zich een

laagje gel waar stamcellen op gezaaid worden. Van

Blitterswijk: “Op die gel kunnen de cellen niet hech-

ten, dus zakken ze door de gel naar beneden, in het

kweekbakje. Daar gaan de cellen samenklonteren en

vormen ze uiteindelijk een bolletje dat ongeveer een

tiende millimeter groot is. Die bolletjes kunnen we

oogsten en bij elkaar brengen in een grotere mal.

Wat je dan krijgt is een puzzelstuk van ongeveer één

millimeter groot. Zo’n puzzelstuk kan gebruikt wor-

den als bouwblok, op weg naar weefselvervanging.”

Door verschillende celtypen bij elkaar in een kweek-

bakje te brengen, wordt het mogelijk om complexe

weefsels te maken. Bijvoorbeeld een stukje bot of

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

NIRM

Celbioloog Clemens van Blitterswijk promoveerde in

de jaren tachtig van de vorige eeuw op de ontwikke-

ling van keramische gehoorbeentjes. Inmiddels is hij

hoogleraar Regeneratieve geneeskunde aan de Uni-

versiteit van Maastricht. In de afgelopen dertig jaar

heeft hij een hoop onderzoek gedaan op het gebied

van weefselregeneratie: het maken van natuurlijke

weefsels om kapotte onderdelen in het lichaam te

kunnen vervangen.

“Binnen mijn onderzoeksgroep is nu het kleinste

gehoorbeentje, de stijgbeugel, gemaakt van kraak-

been”, vertelt van Blitterswijk enthousiast. “In het

oor is zo’n gehoorbeentje van bot gemaakt en dat

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

een proof of concept. We kunnen op een makkelijke

manier een grote hoeveelheid gehoorbeentjes maken

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

uitdagingen van de regeneratieve geneeskunde: we

kunnen van alles maken, maar als het onbetaalbaar

is heeft natuurlijk niemand daar iets aan.”

TopochipDe stijgbeugel van kraakbeen is een praktisch voor-

beeld, waar heel wat onderzoek aan vooraf is gegaan.

Stamcellen groeien op verschillende oppervlakken,

maar niet op elk oppervlak op dezelfde manier. De

vorm en structuur van zo’n oppervlak bepalen hoe

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

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

15

NIRM

kraakbeen met bloedvaten. Tijdens het NIRM-

project is zo’n gekweekt bouwblokje onderhuids

geïmplanteerd bij muizen. Bij deze dieren vormt

zich vervolgens bot, op een plaats waar normaal

gesproken geen bot voorkomt.

FleecetruiEen stap verder is om met levende celblokjes hele

weefsels te printen. Bioprocestechnoloog Jos Malda

zag in het bioprinten een aantal jaar geleden een

kans die hij met beide handen heeft aangegrepen.

En met succes. Het UMC Utrecht beschikt inmiddels

over een aparte biofabrication facility, die helemaal

gericht is op het 3D-printen.

Maar wat maakt de bioprinter dan zo geschikt

voor het repareren van kraakbeendefecten?

Natuurlijk kraakbeen heeft een gelaagde structuur

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

heel mooi neerleggen. Als “inkt” gebruikt Malda

een hydrogel gevuld met stamcellen, kraakbeen-

vormende cellen of een combinatie van beide,

aangevuld met groeifactoren. De cellen in de gel

moeten gedurende het printproces en ook daarna

in leven blijven. In de hydrogel wordt een ideale

omgeving voor de cellen gecreëerd.

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

vertelt Malda. “Daar kun je natuurlijk niet op lopen,

dus hebben we binnen het NIRM-project geprobeerd

om er slimme dingen mee te doen zodat het materi-

aal meer stevigheid krijgt. We probeerden de gel

eerst te printen op een raster van dikke vezels, een

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

was relatief veel van die bewapening nodig waardoor

het implantaat niet meer echt flexibel was. De vezels

moesten dus dunner. Malda: “We slaagden erin om

dunne vezels te maken, vergelijkbaar met de vezels

van een fleecetrui. Die dunne vezels zijn op zich niet

stevig, maar dat verandert als je ze samen met de

hydrogel print. De krachten die op de vezels komen

te staan, houden de hele constructie bij elkaar. Eén

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

Mechanismen ontrafelenMalda maakt nu implantaten met een combinatie

van dikke vezels en dunne vezels. De dikke vezels

zijn meer geschikt voor de vorming van bot, de

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

16

NIRM

dunne voor de vorming van kraakbeen. Door het

weefsel te printen in combinatie met steunmateria-

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

voorbeeld schijfjes of buisjes. Die vooruitgang maakt

de geprinte implantaten klaar voor een eerste test.

Malda en zijn team probeerden de gehele schouder

van een konijn te vervangen door geprint weefsel.

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

taten worden in de komende maanden geëvalueerd.

De volgende vijf jaar is er nog financiering voor dit

onderzoek. Deze gewrichtsvervangende experimen-

ten krijgen dus zeker een vervolg.

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

schillende weefsels te maken. Maar begrijpen ze nu

ook precies waarom een stamcel het ene moment

een spiercel wordt en het andere moment een bot-

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

Maar het is nog niet zo dat een stamcel in iedere

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

Volgens van Blitterswijk beginnen we nu pas te

begrijpen hoe het werkt. “We zien nu hoe cellen

reageren. Als we de mini-orgaantjes bijvoorbeeld

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

punten hoge concentraties bloedvaatjes. Waarom?

Omdat daar een hoge concentratie van de groeifactor

VEGF is, en dat is nodig voor bloedvatvorming. Maar

waarom is die hoge concentratie groeifactor juist

daar? Dat soort mechanismen hopen we de komende

vijf jaar te gaan ontrafelen. En pas daarna kunnen we

het gedrag van een stamcel ook echt voorspellen.”

Een duwtje in de richting van bot of kraakbeen

In het lab van Van Blitterswijk werd de stijgbeugel, één van de gehoorbeentjes, gemaakt van kraakbeen. De stijg-beugel is normaal van bot, dus dit gekweekte exemplaar is niet functi-oneel. Maar het laat wel zien dat je relatief makke-lijk veel gehoorbeentjes kunt maken.

17

NIRM Case study

tekst: Rineke Voogt beeld: Marijn Vlaming

Hoe effectief medicijnen tegen een

aandoening zijn, verschilt sterk van

patiënt tot patiënt. Door stamcellen

uit het lichaam van de patiënt te

nemen en op te kweken, kun je

die medicijnen vooraf testen op

hun werkzaamheid of risico – met

uiteindelijk effectievere medicatie

voor de patiënt.

Bouw een testkit op maat

Hartspiercellen, gekweekt uit menselijke stamcellen, in een zogenoemde “multi-electrode array”-plaat. Met elektroden kan het effect van medicijnen op de contractie van de hartspiercellen gemeten worden.

Microscoopopname van de structuur van hartspiercellen gekweekt uit menselijke stamcellen. Deze sarcomeerstructuur wordt door hartspiercellen gebruikt om te kunnen samentrekken en is opgebouwd uit de eiwitten myosine (rood) en actine (groen) die elkaar overlappen.

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

18

NIRM

Soms is het onduidelijk wat een medicijn zal uit-

richten bij een patiënt. De werking van een medicijn

tegen darmkanker is bijvoorbeeld afhankelijk van de

genetische eigenschappen van de tumor en die zijn

vanaf de buitenkant niet te zien. Om beter te voor-

spellen hoe een patiënt reageert zou je het medicijn

eerst moeten testen op cellen van de patiënt zelf

zonder dat de patiënt daar last van heeft, bedachten

Hans Clevers en collega’s bij het Hubrecht Instituut

(onderdeel van de Koninklijke Nederlandse Akade-

mie van Wetenschappen). Blijkt dan dat een zware

chemobehandeling geen kans van slagen heeft, dan

kun je de patiënt die zinloze behandeling besparen.

Voor zo’n op maat gemaakte testkit haal je een klein

beetje weefsel weg uit de patiënt, en kweek je het

op tot mini-orgaantjes waarop je de medicijnen

kunt uitproberen. In het lab van Clevers ontdekten

ze hoe dat moet; stamcellen uit de patiënt kun je

met bepaalde groeifactoren aanzetten tot verme-

nigvuldiging en specialisatie (zie ook Leverschade

herstellen met eigen cellen). Daardoor kweek je een

zogenoemde organoïde die niet alleen een vergelijk-

bare vorm en functie, maar ook dezelfde genetische

code heeft als het originele orgaan.

“Die organoïden in een bakje kun je blootstellen

aan medicijnen, om vervolgens te kijken wat er

gebeurt”, vertelt Rob Vries. Hij is managing director

van de stichting HUB, die is opgericht door het

Hubrecht Instituut om op grote schaal medicijnen

te testen en beter te begrijpen waarom patiënten er

zo verschillend op reageren. Dat gebeurt nu nog op

onderzoeksniveau: een arts schrijft een behandeling

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

aan de hand van het celmateriaal van de patiënt een

voorspelling te doen. “Als we erin slagen consequent

correct te voorspellen, kunnen we in de toekomst

daadwerkelijk advies gaan geven.”

Voor aandoeningen als taaislijmziekte blijkt medicij-

nen testen op organoïden ook een handige manier.

Hubrecht-onderzoekers slaagden er bij opgekweekte

minidarmpjes van een patiënt met taaislijmziekte

bovendien in de ziekte te genezen door het defecte

gen in de stamcel te vervangen door een gezond gen.

Dat biedt perspectief voor een mogelijke behande-

ling van de ziekte.

Bestaande medicijnen testen op opgekweekte cellen

van een patiënt zorgt voor medicatie op maat. Een

volgende stap is dan het testen van een nieuw medi-

cijn in een kweekbakje. Dat is precies wat Pluriomics

doet. Het biotechnologiebedrijf focust daarbij op

het hart. De hartspiercellen die de onderzoekers

opkweken uit zogenoemde induced pluripotent

stem cells helpen om de effecten van medicijnen

op het hart te onderzoeken. De cellen gedragen zich

bijna identiek als in het lichaam. “Je kunt ze zien

samentrekken, ‘kloppen’, zegt onderzoekster Marijn

Vlaming van Pluriomics. “Met een afgeleide van een

ECG kunnen we daardoor zien of een stof bijvoor-

beeld hartritmestoornissen veroorzaakt.”

Er zijn verschillende toepassingen voor zo’n test-

orgaantje. Vooral voor medicijnen in ontwikkeling

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

bijvoorbeeld tegen kanker, vormen een risico voor

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

modellen, maar wat voor een hondenhart gevaarlijk

is hoeft dat voor een mens niet te zijn en andersom.

Met deze test bouw je meer zekerheid in. We zien

nu al dat deze technologie ingezet wordt om dier-

proeven te vervangen, maar het kan nog wel even

duren voordat proefdieren volledig overbodig zijn.”

Omdat zulke testorgaantjes zo breed inzetbaar zijn,

ontwikkelt Pluriomics voor onderzoekers momen-

teel een “gereedschapskist” waarmee ze zelf tests

kunnen uitvoeren op eigenhandig gekweekte

hartspiercellen. Vlaming: “Dat is handig, want

academici willen het vaak graag zelf doen. En het

is alleen maar goed als de methode veel wordt

gebruikt, want dat resulteert in een snellere en

bredere acceptatie van de technologie.”

19

NIRM

tekst: Elles Lalieu

Beeldreportage

Stamcellen overleven op synthetische hydrogelHet ziet eruit als een landschap uit een science-fi ctionfi lm, maar dit is een detail van een natuur-lijke extracellulaire matrix. Scheikundige Patricia Dankers probeerde deze matrix synthetisch na te maken met als doel om er stamcellen op te laten groeien. In het laboratorium groeien stamcellen nu op een natuurlijke hydrogel, matrigel genaamd. Omdat voor de bereiding daarvan tumorweefsel uit muizen nodig is, kan deze hydrogel echter nooit in de kliniek toegepast worden. Dankers: “Matrigel bevat ongeveer tienduizend verschillende compo-nenten. De truc is om de juiste componenten te identifi ceren en die synthetisch na te maken. Vijf jaar geleden dachten we dat we dat wel ‘even zouden doen’, maar dat valt toch tegen.”

Het idee was om met kleine bouwblokjes een grotere structuur te maken, die door waterstof-bruggen bij elkaar wordt gehouden. Dankers ontwik-kelde samen met het onderzoeksteam bouwsteen-tjes gebaseerd op de ureido-pyrimidinone (UPy) groep. Door andere moleculen aan de bouwsteen-tjes te koppelen, ontstaan verschillende UPy-blokjes met uiteenlopende functies. Door de bouwsteentjes te mengen ontstaat een bioactieve hydrogel.

In de afgelopen jaren hebben de onderzoekers een structuur gemaakt waar drie of vier UPy-blokjes aan toegevoegd kunnen worden. Dankers: “De stamcellen overleven en dat is op zich al bijzonder, want er zijn al veel synthetische gels gemaakt waarin ze gewoon doodgaan. Maar het zal nog wel jaren duren voordat we een synthetische gel hebben waarin we gedrag van stamcellen volledig kunnen controleren.”

20

NIRM

21

Testmedium A

Testmedium B

NIRM Infographic

tekst: René Rector beeld: Parkers

Herstellen met stamcellenLichaamsmateriaal buiten het lichaam opkweken om ermee te knutselen

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

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

waarde voor patiënten, ook als ze niet teruggeplaatst worden.

1 Een arts neemt stamcellen weg uit het lichaam.

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

22

NIRM

Testmedium A

Testmedium B

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

3b Het gekweekte weefsel dient als testmedium om te kijken hoe de patiënt op een medicijn reageert. Dit is zinnig als de reacties van patiënten op het medicijn erg variëren of als het medicijn schadelijk kan zijn.

Als een orgaan defect is, kun je

proberen om het hele orgaan in

een kweekfl es of met een printer

opnieuw te maken. Maar dat is

niet bij alle weefsels nodig. Soms

volstaat het om op de plek van het

defect iets nieuws te kweken.

Maar hoe doe je dat?

In de basis start dit soort onder-

zoek op dezelfde manier als de

tissue engineers doen: ergens uit

het lichaam worden stamcellen

weggehaald. Buiten het lichaam

worden deze stamcellen opge-

kweekt, waarna de onderzoekers

ze laten diff erentiëren in de juiste

soort cellen. Die worden daarna

weer ingespoten in het lichaam,

waar ze de functie oppakken die

het lichaam zelf niet meer kan

vervullen. Het klinkt eenvoudiger

dan het is. Elke stap in het proces

is uitdagend. Vind, om te begin-

nen, maar eens de juiste stamcel-

len. En kweek ze daarna maar eens

in een petrischaaltje. Wellicht de

ingewikkeldste uitdaging is nog

om zeker te weten dat je ze veilig

terug kunt plaatsen. Dat laatste is

niet altijd nodig.

Er zijn verschillende aandoenin-

gen waar al medicijnen voor

bestaan, maar waarbij de variatie

in hoe patiënten op die medicijnen

reageren groot is. De ene hartpati-

ent of kankerpatiënt heeft enorm

baat bij het medicijn, terwijl de

ander niet reageert of zelfs schade

ondervindt van het medicijn. Bij

zulke geneesmiddelen zou je als

arts eigenlijk op voorhand willen

weten of wat je voorschrijft ook

gaat helpen.

Dat wordt steeds beter mogelijk.

Onderzoekers zijn in staat om

met behulp van stamcellen

patiënt-eigen weefsel te kweken

buiten het lichaam. Zo’n kweek

dient dan als ‘proefkonijn’ om

te voorspellen welk eff ect het

geneesmiddel heeft.

23

NIRM

Altijd een droge mond, niet goed kunnen praten

en slikken, beschadigde tanden, slaapverlies: een

gebrek aan speeksel levert nare klachten op. Voor

mensen die bestraald moeten worden vanwege een

tumor in het keel- of hoofdgebied zijn die klachten

echter vaak realiteit. De straling die de tumor moet

bestrijden, beschadigt bij hen ook de gezonde

speekselklieren. Speekselklieren, die onder andere

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

erg gevoelig voor straling. Het is een naar bijeffect

van bestraling, zegt Rob Coppes, hoogleraar Radio-

therapie aan het Universitair Medisch Centrum

Groningen (UMCG). Speeksel is essentieel voor de

gezondheid van de mond en voor praten en slikken.

“Probeer maar eens twee beschuitjes zonder beleg

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

eten zonder speeksel.”

Ongeveer veertig procent van de mensen die

bestraald worden in het hoofd-halsgebied krijgt te

maken met defecte speekselklieren, schat Coppes.

Dat zijn zo’n vierhonderd patiënten per jaar. Die

lopen hierdoor xerostomie (drogemondsyndroom)

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

bestraald werd, is haar speekselproductie vrijwel vol-

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

bijvoorbeeld met je mond dicht loopt, omdat anders

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

vooral ’s nachts is het rampzalig, want ongemerkt lig

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

Sporten is zonder kunstspeeksel niet te doen, intimi-

teit wordt lastiger en warm weer is ook vervelend:

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

droge mond. Je moet je leven erop aanpassen, vertelt

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

Ik eet zelf veel stamppot. En als ik een boterham

eet, moet bij elke hap een slok drinken.”

Hoewel er lapmiddeltjes zijn – kunstspeeksel, of

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

geen oplossing voor patiënten met drogemondsyn-

droom. Coppes zoekt met zijn team naar een manier

Leven zonder goed werkende speekselklieren is knap vervelend.

Maar reparatie is zo makkelijk nog niet. Rob Coppes van het

Universitair Medisch Centrum Groningen zoekt naar een

oplossing: het kweken van speekselklierstamcellen.

tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman

Interview

Nooit meer droge beschuitjes

24

NIRM

om speekselklieren te herstellen. Dat gaat met stam-

celtherapie. “Het is eigenlijk dezelfde methode als

beenmergtransplantatie”, vertelt Coppes. “Gezonde

cellen weghalen bij de patiënt, die cellen opkweken

om ze later terug te zetten. Zo krijgt de patiënt

gezond, lichaamseigen materiaal terug.”

De stamcellen kunnen regelrecht uit de speeksel-

klieren van de patiënt worden gehaald. Voorafgaand

aan de bestraling zijn die nog intact. Een klein sneetje

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

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

halen – er is een beperkte hoeveelheid cellen die je

kunt oogsten. Maar we hebben een manier gevonden

om buiten het lichaam in zeven weken vanuit een

stamcel zesduizend stamcellen te kweken.”

Dat het mogelijk was de stamcellen van speeksel-

klieren op te kweken, was volgens Coppes duidelijk:

“Als je twee weken kauwgom kauwt, groeien je

speekselklieren ook.” Maar om dat in het lab na

te bootsten, bleek moeilijk. Wat maakte dat een

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

den de onderzoekers er meer van maken? Dat waren

de lastige noten die de groep van Coppes moest

kraken. Groeifactoren (lichaamseigen chemische

stoffen die de celgroei bevorderen) bleken een

belangrijke rol te spelen, maar het vinden van de

juiste groeifactoren was een hele klus.

Het onderzoek van het team van Coppes is het eerste

stamcelonderzoek voor speekselklieren. Het ver-

schilt van onderzoek aan andere organen: vaak is

het orgaan al aangetast door ziekte op het moment

dat je gaat behandelen, en is het moeilijk om

gezonde stamcellen te oogsten. Bij deze aandoening

is dat geen probleem: voordat een patiënt bestraald

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

mondsyndroom. De radiotherapeut kan met behulp

van een CT-scan precies voorspellen hoeveel straling

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

diging van de speekselklieren, dan kan de arts

besluiten een biopt te nemen van de speekselklier

om stamcellen te oogsten. Tijdens de bestralings-

periode van de patiënt kunnen de cellen opgekweekt

worden, zodat ze na afloop terug in de patiënt hun

werk kunnen doen.

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

Muizen waarvan de speekselklieren beschadigd

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

25

NIRM

waren door bestraling, kregen de gekweekte cellen

ingespoten in hun speekselklieren. Na ongeveer een

maand verspreidden de cellen zich over de hele klier.

“Je kunt aan de buitenkant goed zien of het gelukt is.

Muizen maken zichzelf schoon met hun speeksel,

dus aan een glanzende vacht zie je dat de speeksel-

klieren het goed doen.”

Het terug spuiten van de cellen moet wel op de

goede plek gebeuren. Speekselklieren hebben de

vorm van een tros druiven, vertelt Coppes: de stam-

cellen zitten in de ‘takjes’, en de ‘druiven’ bevatten

de werkende cellen die het speeksel maken. De

stamcellen moeten dus in de takjes terecht komen,

om zich vanaf daar uit te breiden en te specialiseren

in speeksel producerende cellen. Bij muizen is dat

een heel gepriegel, maar bij mensen zou je dat goed

kunnen controleren met een echoapparaat.

Zover is het nog niet. Dat het principe werkt bij

muizen, is een grote eerste stap. Ook speekselklier-

stamcellen van mensen, getransplanteerd naar mui-

zen met een onderdrukt immuunsysteem, deden

hun werk. Maar celtherapie mag niet zomaar, en de

regels zijn streng, zegt Coppes. Hij verwacht dat het

nog tenminste anderhalf jaar duurt voor de eerste

patiënt met deze methode kan worden geholpen.

“Het groeimedium moet goedgekeurd worden, je

moet er zeker van zijn dat je niet onbedoeld tumor-

cellen in de patiënt plaatst. Het principe werkt, maar

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

bijvoorbeeld het medium waar de cellen in gekweekt

worden. Dat is geschikt voor dierlijke cellen, maar

nog niet goedgekeurd voor toepassing bij mensen-

cellen. Het is lastig om daar een goedgekeurde ver-

vanging voor te vinden.

Naast het kweken van de stamcellen op zich, hoopt

Coppes ook de juiste manier te vinden om de gehele

organen op te kweken. Daarvoor gaat hij op zoek

naar de juiste groeifactoren en omgeving waarin

speekselkliercellen zich tot een orgaan kunnen uit-

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

kliertjes van twee millimeter te laten groeien, wil hij

in de toekomst proberen om grotere orgaantjes laten

groeien van lichaamseigen materiaal van de patiënt,

die dan in zijn geheel zouden kunnen worden terug-

geplaatst en wellicht meteen functioneren.

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

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

FO

TO

: M

AR

TT

I M

AIM

ET

S

Nooit meer droge beschuitjes

26

NIRM Case study

Sommige ziekten zijn lastig te onderzoeken, simpelweg omdat er geen onderzoeksmateriaal is. Ontwikkelingsbioloog Joost Gribnau van het Erasmus Universitair Medisch Centrum past een slimme truc toe. Hij maakt stamcellen (IPS-cellen) uit huidcellen van patiënten, laat deze vervolgens uitrijpen tot volwassen cellen en creëert zo zijn eigen onderzoeksmateriaal.

Gribnau deed onderzoek aan ziekten waarbij X-chro-

mosoom-inactivatie een belangrijke rol speelt, zoals

het Rett syndroom. Tijdens de embryonale ontwik-

keling wordt bij vrouwen in iedere cel willekeurig

één van de twee X-chromosomen uitgeschakeld. Is

er een mutatie in X, dan hebben vrouwen dus zowel

zieke als gezonde cellen. De verhouding tussen de

hoeveelheid zieke en gezonde cellen bepaalt hoeveel

last een vrouw van zo’n aandoening heeft.

Zelf materiaal kweken was voor Gribnau de enige

manier om onderzoek te doen. “We willen het

keuzeproces bij X-chromosoom-inactivatie beter

begrijpen en voorspellen”, vertelt Gribnau. Aan

uitgerijpte cellen van patiënten heb je dan niet veel.

“In die cellen is het proces van inactivatie al geëin-

digd. Door zelf nieuwe cellen te maken, kunnen

we terug naar het begin van het leven.” Voor het

maken van IPS-cellen uit huidcellen werd een speci-

ale faciliteit opgezet. Met de gemaakte stamcellen

kunnen onderzoekers vervolgens van alles doen.

Bijvoorbeeld: ze veranderen in hersencellen. Op

die manier wordt het mogelijk om per patiënt te

bekijken hoe zieke cellen zich gedragen en waarom

ze zich zo gedragen.

Zeldzaam“De stamcellen deden het helaas niet zo mooi als

we vooraf hadden gehoopt, dus de afgelopen tijd zijn

we vooral bezig geweest om beide X-chromosomen

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

kunnen deze cellen eindelijk gebruikt worden om

Rett syndroom en andere X-chromosoom-gelinkte

ziekten te onderzoeken.

Het onderzoek van Gribnau is fundamenteel, maar

wel van groot belang voor patiënten. “We kunnen nu

onderzoek doen aan ziekten waarbij voorheen geen

onderzoeksmateriaal voorhanden was, zoals bijvoor-

beeld hersenziekten of heel zeldzame aandoeningen.

Door zieke cellen van patiënten te kweken, krijgen

we niet alleen meer informatie over het proces ach-

ter een ziekte. Het geeft ook de mogelijkheid om

nieuwe medicijnen of behandelingen te testen.”

Maak je eigen onderzoeksmateriaal

De vacht van de lapjeskat is een mooi voorbeeld van X-chromosoom inactivatie. De genen voor vachtkleur, rood of zwart, zijn bij katten gekoppeld aan het X-chromosoom. Bij vrouwelijke poezenembryo’s wordt tijdens de ontwikkeling in iedere cel willekeurig één van de twee X-chromosomen inactief. Soms wordt de kleur zwart uitge-schakeld en soms rood. Zo ontstaat het bekende lapjespatroon.

tekst: Elles Lalieu beeld: Riosafari

27

NIRM

tekst: Elles Lalieu

Procesverslag

2003

Het onderzoek begint met een

simpel idee: gezonde hartcellen

maken uit stamcellen en deze

direct inspuiten in de hartspier.

Het doel: hartfalen te voorkomen,

bij patiënten die bijvoorbeeld net

een hartinfarct hebben gehad en

waarbij een deel van de hartspier

niet meer werkt.

2004

Ons eerste idee blijkt moeilijk

uitvoerbaar. Er is geen geschikt

proefdier voorhanden. De muis

is geen goed model voor hartziek-

ten. Het muizenhart klopt ruim

vijfhonderd keer per minuut, dat

van de mens maar zestig keer.

Bovendien gaat de hartslag van

een muis niet omhoog bij stress,

die van de mens wel. Het hart

van een varken is een beter

model, maar daarbij is het weer

heel lastig om de afweer te onder-

drukken, waardoor stamcellen

snel worden afgestoten.

2007 Naast het proefdierprobleem

speelt er nu ook een praktisch

probleem. Het hart is één bonk

spier. Hoe ga je gezonde hartcel-

len daar tussen krijgen? De stam-

cellen komen niet zomaar overal.

Ik vergelijk het altijd met een

kauwgombal. Als je daar een rode

kleurstof in spuit, wordt niet de

hele kauwgombal rood, maar

slechts een klein stukje. En dat

werkt bij het hart net zo. Het

inspuiten van losse cellen in de

hartspier is dus geen succes. Een

tegenvaller, maar dat hoort ook

bij onderzoek doen. En we hebben

door de experimenten wel veel

geleerd over het menselijk hart.

Kapotte organen repareren, dat is de grote uitdaging binnen de regeneratieve geneeskunde. En dat was ook de uitdaging waarmee hoogleraar Christine Mummery begon aan haar onderzoek naar het hart. Maar reparatie van het hart met stamcellen bleek moeilijker dan gedacht. En dus gooide Mummery het over een andere boeg.

FO

TO

: R

EN

É D

EN

EN

GE

LS

MA

N

FO

TO

: C

HR

IST

INE

MU

MM

ER

Y

FO

TO

: G

UID

O G

ER

DIN

G

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs

28

NIRM

2010

Om een synthetisch hart te

kunnen maken, moet je eerst alle

celtypen van het hart in het labo-

ratorium kunnen namaken. Dat

klinkt makkelijk, maar het is een

enorme uitdaging. Een foetaal

hart bestaat voor zestig procent

uit kloppende hartcellen, maar bij

een volwassen hart is dat nog

maar dertig procent. Binnen de

kloppende hartcellen heb je ook

nog verschillende typen. De cel-

len van de boezems zien er bij-

voorbeeld net iets anders uit dan

de cellen van de hartkamers.

Daarnaast zitten er in het hart nog

bloedvatcellen die het hart zelf

van zuurstof voorzien, bindweef-

selcellen, die zorgen voor stevig-

heid, en pacemakercellen, die het

hartritme regelen.

2009

We beginnen met frisse moed en

met een nieuwe doelstelling: het

maken van een synthetisch stukje

hart. Dat doen we natuurlijk niet

zomaar. Een synthetisch hart

kunnen we gebruiken als test-

model voor de ontwikkeling van

medicijnen. We kunnen niet

alleen hartcellen maken van

gezonde personen, maar ook van

patiënten met hartziekten. Sim-

pelweg door niercellen te isoleren

uit de urine en die in het labora-

torium te behandelen, zodat ze

stamcellen worden. En wie weet

kunnen we de synthetische stuk-

jes hart in de toekomst ook inzet-

ten om een beschadigd hart te

repareren.

2011

Samen met engineers gaan we op

zoek naar de perfecte matrix voor

onze stamcellen. In het lichaam

groeien hartcellen op een zacht

substraat. Dat is een goede omge-

ving voor de cellen, dus dat heb-

ben we in het laboratorium ook

nodig. We laten de cellen groeien

op een synthetisch polymeer, een

beetje vergelijkbaar met silicone.

Dat polymeer plaatsen we dan op

een chip met spiraalvormige elek-

troden erin en een vacuüm eron-

der. De spiraalvormige elektroden

vormen een soort reksysteem dat

de cellen in beweging brengt.

Door het vacuüm te veranderen,

kun je de hartslag aanpassen. Zo

kunnen we zieke hartcellen testen

in rust, maar bijvoorbeeld ook

bekijken wat er gebeurt als een

patiënt gaat sporten.

F O T O : B E R E N D V A N D E R M E E R ( L U M C )

FO

TO

: B

ER

EN

D V

AN

DE

R M

EE

R (

LU

MC

)

FO

TO

: R

EN

É D

EN

EN

GE

LS

MA

N

Hart geeft nog niet alle geheimen prijs

2009

29

NIRM

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

De aanpak van Mummery werkt goed als testmodel, maar is nog niet direct toepasbaar bij patiënten. Celbioloog Marie José Goumans heeft een andere tactiek: zij isoleert stamcellen uit het hart zelf en pro-beert deze vervolgens om te vormen tot functionele hartcellen. Omdat de cellen afkomstig zijn van het orgaan waar ze uiteindelijk ook weer naar terug moeten, staat deze methode al dichter bij de patiënt.

“We halen cellen uit het rechteratrium van het hart”, vertelt Goumans. “Daar ligt een gebiedje dat we ‘de blinde darm van het hart’ noemen. We weten niet goed wat de functie is, maar tijdens openhartoperaties wordt dat stukje altijd verwijderd. Nu gooien de chirurgen dit ‘afval’ niet weg, maar brengen het naar ons lab.”

In het verwijderde stukje hartweefsel zitten stamcel-len, al zijn het er weinig. “We isoleren de aanwezige stamcellen, kweken ze zodat we er heel veel van krij-gen en proberen ze dan met groeifactoren om te vor-men tot hartspiercel of bloedvatcel”, zegt Goumans. “Samen met de onderzoeksgroep van Carlijn Bouten (zie ook Design je eigen hartklep, red.) hebben we ook gekeken of de cellen willen differentiëren als we ze een beetje oprekken, net zoals in een kloppend hart gebeurt.” Maar alleen oprekken blijkt voor stamcellen niet voldoende om zich om te vormen tot hartcellen.

De gemaakte hartcellen zijn geïmplanteerd bij muizen die recent een hartaanval hadden doorgemaakt. Maar dat was een probleem, want menselijke hartcellen willen niet koppelen aan een muizenhart omdat ze dan ruim vijfhonderd hartslagen per minuut moeten gaan maken. Daarmee blazen ze zichzelf op. Zonder goede proefdierresultaten is het echter niet mogelijk om de cellen te testen bij patiënten.

Goumans ziet de oplossing in een combinatie van haar cellen met het testsysteem van Mummery. “We zouden een synthetisch stukje hart kunnen maken en daar de gekweekte stamcellen op laten groeien.”

Röntgenopname van de blinde darm (het ‘wormpje’ onderaan de donkere vlokken). Binnen het hart is ook zo’n stukje weefsel, waarvan niet goed bekend is wat het doet. Dit wordt bij operaties altijd verwijderd.

FO

TO

: H

EL

LE

RH

OF

F

30

Titel artikelNIRM Hart geeft nog niet alle geheimen prijs

20??

We hebben nu alleen een testmo-

del, maar ik zie in de toekomst

wel toepassingen voor de patiënt.

We zouden een stukje synthetisch

hart kunnen gebruiken als patch

of pleister op een beschadigd hart.

Ook daar zullen haken en ogen

aanzitten. Na een hartinfarct zit

schade vaak door het hele hart,

maar zo’n pleister plak je aan de

buitenkant. Heeft dat zin of moet

je de pleister op een andere plek

aanbrengen? Bijvoorbeeld net

onder de buitenste laag van het

hart. Dat zal vergelijkbaar zijn met

iets onder de schil van een sinaas-

appel brengen, zonder de sinaas-

appel verder te schillen.

Repareren van het hart is niet

makkelijk, maar dat betekent niet

dat je het niet moet proberen.”

FO

TO

: D

EN

KE

R

Najaar 2015

Ons model slaat goed aan. We

hebben al een aantal interessante

vervolgopdrachten. Zelfs medi-

cijnontwikkelaar GSK toont al

belangstelling. Toch is het sys-

teem nog niet goed genoeg. Bij

medicijnontwikkeling is het van

belang om heel veel condities in

één test te kunnen onderzoeken.

Daarvoor wordt gebruik gemaakt

van platen met een heleboel

vakjes (wells). Maar de chip zoals

die nu is, past niet in die wells.

Je kunt dus maar één conditie

per keer onderzoeken. Het is een

kwestie van engineering om de

chips zo te verkleinen dat ze wel

in de wells passen. Daarvoor wer-

ken we nu samen met de TU Delft.

FO

TO

: JE

FF

RE

Y M

. V

INO

CU

R

Zomer 2015

We vieren een feestje. Na ruim vijf

jaar zijn we erin geslaagd om acht

verschillende hartceltypen te

maken en in het laboratorium

te laten groeien. Je weet hoe een

embryo hartcellen maakt, maar

ontrafelen welke signalen daar-

voor nodig zijn, is nog een hele

klus. Embryo’s van de zebravis

en de muis komen hierbij goed

van pas. Je kunt bij die dieren

steeds één “signaal” uitzetten en

kijken wat er gebeurt met de ont-

wikkeling van het hart. Als je dat

doet en je ziet, bijvoorbeeld, dat

er geen pacemakercellen worden

gemaakt, dan kun je dat uitge-

schakelde signaal gaan toevoegen

aan stamcellen in de hoop dat zij

juist wel pacemakercellen gaan

maken.

F O T O : F O N S V E R B E E KF O T O : F O N S V E R B E E K

31

NIRM Interview

Het lichaam herstellen met behulp van stamcellen:

het idee ligt voor de hand, want stamcellen zorgen

ook in gezonde mensen voor kleine reparaties aan

organen. Stamcellen worden juist bij schade actief.

Onderzoek naar stamcellen loopt al enkele decennia,

vertelt Clevers. “De belangrijke eiwitten die tijdens

de embryonale ontwikkeling een rol spelen zijn –

de WNT-eiwitten die signalen tussen cellen

door-geven – werden ontdekt in de jaren tachtig.

Wij vonden dat ze cruciaal zijn voor het actief hou-

den van volwassen stamcellen. Zijn ze overactief,

dan leidt dat tot kanker.”

Clevers startte zijn stamcelonderzoek bij de darm.

De darm vernieuwt zijn cellen elke vier dagen, en

heeft daarmee de meest actieve stamcellen van alle

organen. In 2009 slaagde de groep van Clevers erin

om de stamcellen, twee jaar eerder ontdekt, op te

kweken. Vorig jaar bewezen de onderzoekers samen

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

seren tot minidarmpjes en die zogenoemde organo-

iden kunt terugplaatsen in de beschadigde darm

van muizen. Daarmee komt het ultieme doel van

stamceltherapie weer een paar stappen dichterbij.

Clevers: “Als je een ziek of beschadigd orgaan kunt

repareren met stamcellen, zou het donortekort een

veel kleiner probleem zijn. Je gebruikt het lichaam

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

weefsel te kunnen herstellen.”

De behandelmethode is niet uitsluitend geschikt

voor darmen, hoewel die er door het grote rege-

neratieve vermogen wel ideaal voor zijn. Clevers

en collega’s werken ook aan een toepassing van de

methode op de lever. Er lijden wereldwijd miljoenen

mensen aan chronisch leverfalen. Dat wordt veroor-

zaakt door een genetisch defect of door virussen,

alcohol of andere giftige stoffen. Een levertransplan-

tatie kan hen soms helpen, maar daar zijn veel te

weinig donororganen voor beschikbaar. Met de

methode die door de groep van Clevers binnen NIRM

is ontwikkeld, zou een simpele injectie genoeg zijn

om een hele lever te repareren.

tekst: Rineke Voogt

Leverschade herstellen met eigen cellen

Wanneer een beschadigde lever zichzelf niet meer repareert, is transplantatie de

enige optie. Maar voor de wereldwijd tientallen miljoenen mensen met leverschade

zijn veel te weinig donoren beschikbaar. Hans Clevers, hoogleraar Moleculaire

genetica bij het Hubrecht Instituut (KNAW), werkt aan een manier om met stam-

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

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

32

NIRM

Het bijzondere aan de lever is dat het orgaan normaal

gesproken zichzelf goed kan repararen. Haal je een

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

groeien. Een zieke lever is dat vermogen verloren,

maar zou in theorie genoeg kunnen hebben aan een

paar getransplanteerde gezonde stamcellen om zijn

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

tegenstelling tot bijvoorbeeld het hart, erg geschikt

voor dit type onderzoek.

In januari 2015 publiceerde Clevers in wetenschap-

pelijk tijdschrift Cell een zogenaamd “proof of con-

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

onderzoekers haalden stamcellen uit de galgangen

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

moet je met de juiste groeifactoren miljarden cellen

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

en voorlopercellen hebt, kunnen die zich gaan spe-

cialiseren tot de twee belangrijkste onderdelen van

de lever: hepatocyten (levercellen) en galgang-

cellen.” De leverorganoïden die daaruit worden

gemaakt bestaan uit tienduizenden cellen en meten

slechts twee tot drie millimeter, maar hebben wel

een echte 3D-structuur.

Die minilevers plaatsten de onderzoekers terug

in muizen met leverschade en een onderdrukt

immuunsysteem. Die knapten zichtbaar op: de

gezonde cellen vervingen delen van de beschadigde

lever. “Hoewel de leverschade bij de muizen zich

sowieso op den duur wel zou herstellen, zagen we

dat muizen met deze behandeling sneller opknap-

ten”, vertelt Clevers.

Bij deze stamceltherapie fungeert de zieke lever als,

zoals het in de regeneratieve geneeskunde heet, een

scaff old (steiger). De infrastructuur van het bescha-

digde orgaan is nodig om de organoïden te laten

hechten. Voor de lever gaat dat relatief eenvoudig:

“Je kunt de organoïden in de poortader inspuiten,

die bloed direct naar de lever voert. De poortader

vertakt zich in zeer kleine haarvaten, zodat de

organoïden daar vanzelf blijven steken. Ze kolonise-

ren vanuit daar gemakkelijk de lever”, aldus Clevers.

Bij muizen bleek de poortader overigens te klein,

dus kregen zij de minilevertjes in de milt toegediend.

Toch vonden de organoïden ook vanaf daar vanzelf

de weg naar de levers en konden zich daar nestelen.

De stap van proefdieronderzoek naar de mens is in dit

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

F O T O : S A N D E R H E E Z E N

Leverschade herstellen met eigen cellen

33

NIRM

type onderzoek groot. Er worden al wel klinische

experimenten gedaan met volwassen levercellen,

waarbij miljarden losse cellen via de poortader

worden toegediend. Met stamcellen zou het een

stuk effectiever zijn. Maar er zitten wat haken en

ogen aan.

De technische kant gaat wel goed, zegt Clevers: het

opschalen van de kweek, om van een paar stamcel-

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

probleem ligt vooral in de regelgeving. De grootste

zorg is dat er door mutaties in de organoïden kanker

ontstaat in de weefsels. Volgens Clevers lijkt dat uit-

gesloten: “Je ziet dat niet gebeuren in de celkweek.

Als je de omgeving optimaal houdt voor de cellen –

dus de goede stoffen toevoegt en zorgt dat ze goed

groeien – blijf je weg bij kanker. De cellen zijn gene-

tisch zeer stabiel.”

“Het zou ideaal zijn als we patiënten op de wachtlijst

voor transplantatie alvast kunnen behandelen met

leverorganoïden”, vindt Clevers. “Maar daarvoor

moeten we nog een aantal horden nemen.” Zo

willen de onderzoekers eerst zeker weten hoeveel

organoïden ze moeten toedienen voor een optimaal

effect, en of dat stamcellen of volgroeide cellen

moeten zijn.

Clevers heeft er alle vertrouwen in dat het principe

ook bij mensen werkt. “Er zijn patiënten met een

leverziekte bekend, bij wie bij toeval de erfelijke

afwijking in een enkele cel werd rechtgezet.

Beetje bij beetje herstelde de lever zich dan vanuit

die cel, en de patiënten werden gezond. Als één

gezonde cel genoeg kan zijn voor genezing, biedt

een behandeling van minilevers perspectief voor

miljoenen patiënten.”

Een microscoopopname van een gekweekte lever- organoïde van muizencellen.

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

Leverschade herstellen met eigen cellen

34

Case study NIRM Case study

Celbioloog Gerald de Haan van het Universitair

Medisch Centrum Groningen vond daar iets op. Hij

rustte cellen uit met een “streepjescode” waardoor

ze altijd herkenbaar blijven. “We halen stamcellen

uit het beenmerg van een muis en introduceren

daarin een klein stukje nieuw DNA”, vertelt hij.

“Daarna transplanteren we de stamcellen weer

terug naar het beenmerg. Als zo’n stamcel gaat

delen, krijgen alle nakomelingen diezelfde code

in hun DNA. Na transplantatie nemen we bloed

af, isoleren het DNA en kijken hoe vaak we de

streepjescode terug kunnen vinden.”

De eerste resultaten van barcoding, zoals de onder-

zoekers hun techniek zelf noemen, zijn veelbelovend.

Bij muizen (die gemiddeld anderhalf tot twee jaar

oud worden) zorgen na transplantatie één of twee

stamcellen voor 95 procent van alle bloedcellen

die tijdens het leven gevormd worden. Dezelfde

experimenten worden nu herhaald met menselijke

stamcellen uit de navelstreng.

Minder proefdierenBarcoding geeft niet alleen inzicht in de vorming van

bloedcellen, het leert ons ook meer over bloedkanker

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

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

het lichaam, maar een aantal subsoorten. Doordat

we de stamcellen nu kunnen herkennen, kunnen

we tellen hoeveel verschillende cellen er bij zo’n

ziekte meedoen en of die verschillend reageren op

behandeling.” Een bijkomend voordeel van de

streepjescode is dat er veel minder proefdieren nodig

zijn voor onderzoek. Stel dat je van honderd stam-

cellen wilt weten wat ze doen. De Haan: “Normaal

gesproken zou je die honderd stamcellen dan trans-

planteren naar honderd verschillende muizen. Nu

kun je de stamcellen uitrusten met een streepjescode

en transplanteren naar één muis. Het onderzoek is

daardoor goedkoper en efficiënter.”

Een klein stukje DNA (groen) wordt in een virale vector geplaatst. Zo’n vector is een soort bezorgvoertuigje dat het DNA in de cellen af kan leveren. Eenmaal in de cellen integreert het nieuwe stukje DNA in het bestaande DNA en zo krijgen cellen allemaal hun unieke streepjescode (streepjespatronen rechts).

In het beenmerg zitten stamcellen die nieuwe bloedcellen kunnen maken. Maar als die nieuwe bloedcellen eenmaal in de bloedbaan zitten, zijn ze allemaal identiek en kun je niet meer herkennen welke bloedcel van welke stamcel afkomstig is. Daardoor weten we eigenlijk niet hoeveel stamcellen er meedoen met de vorming van bloedcellen en of dit aantal verandert gedurende veroudering.

Bloedcellen met een streepjescode

tekst: Elles Lalieu beeld: Evgenia Verovskaya

Retrovirale vector

35

NIRM

Is de regelgeving klaar voor regeneratieve geneeskunde?

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

uitzoeken of het uitgedachte concept echt werkt. Technische hobbels

zijn veelal overwonnen, maar toepassing in de kliniek is een grote stap

verder. Is de regelgeving er klaar voor? Wat moet er gebeuren zodat

regeneratieve geneeskunde ook voor patiënten beschikbaar komt?

Hans Clevers (Hubrecht Instituut) en Carlijn Bouten (Technische

Universiteit Eindhoven) vertellen.

Discussie

36

NIRM

Regeneratieve geneeskunde wordt nog niet volop ingezet. Hoe komt dat?Clevers: “Voor behandelingen als stamceltherapie

om een defect in het lichaam mee te repareren is

het lastig om goedkeuring te krijgen. Lukt het om

de lever van een muis te repareren met minilevers,

dan geeft dat nog geen vrijbrief om het ook in een

klinisch experiment bij mensen te proberen. Deels

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

nen zich slecht gaan gedragen – je moet zeker weten

dat de celtherapie die je wilt gebruiken geen kanker

in de patiënt veroorzaakt.”

Je moet dus aantonen dat een behandeling veilig is. Hoe doe je dat voor een nieuwe therapie?Clevers: “Daar zit nu net het probleem. Op welk

moment is het veilig om een nieuwe techniek toe

te passen? De cellen die wij kweken, bijvoorbeeld

om leverorganoïden van te maken, zijn zeer stabiel

en muteren niet. Kanker ontstaat door mutaties.

De gekweekte cellen zijn zeer waarschijnlijk dus

veilig. Maar ook al staan er veel mensen met een

kapotte lever op de wachtlijst, een transplantatie

met leverorganoïden zal nog niet gaan. Je moet

eerst met allemaal voorbeelden komen waaruit

blijkt dat het veilig is, maar eigenlijk is dat een

catch-22: zonder klinische trials zijn die voor-

beelden niet mogelijk.”

Waarom is het zo moeilijk om een behandeling in een klinische studie te testen?Clevers: “Er heerst grote angst voor een herhaling

van het softenon-schandaal (waarbij een op grote

schaal gebruikt medicijn tegen ochtendmisselijkheid

bij zwangere vrouwen ernstige afwijkingen bleek te

veroorzaken bij de foetussen, red.). Bovendien heeft

de farmaceutische industrie het niet zo op celthera-

pie. Het is gemakkelijker produceren en verkopen

als een behandeling in een pil verpakt zit – levend

materiaal is logistiek ingewikkeld. Die weerstand

vormt een grote uitdaging voor ons werk.”

Bouten: “Omdat regeneratieve geneeskunde nog een

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

Bij hoeveel proefdieren moet je hebben laten zien dat

iets werkt, voor je een klinische trial mag opzetten?

Daar zijn nog niet voor elk geval heldere richtlijnen

voor, want het is nieuw. Je maakt als onderzoeker

dus mede zelf de regels. Wij hebben bijvoorbeeld

in samenwerking met artsen voor ons onderzoek

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

klep”, red.) minimaal twee jaar moet functioneren

in een proefdier voor wij de stap naar de mens willen

maken. Je kunt zo’n proces ook versneld nabootsen

in het laboratorium, maar het is maar de vraag of

dat alle veiligheidsaspecten afdekt en of dat geac-

cepteerd wordt door de regelgevers.”

Hoe krijgen we regeneratieve geneeskunde van het lab naar de patiënt?Bouten: “Standaard kost het traject voor een suc-

cesvolle nieuwe behandeling van idee tot patiënt

ongeveer vijftien jaar. Voor regeneratieve genees-

kunde is dat mogelijk nog meer. Het is best lastig

om regeneratieve geneeskunde aan te laten sluiten

op de dagelijkse klinische praktijk. De stap van

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

lingen zijn gewoon duur. Als een nieuwe methode

dan eenmaal bij de klinische fase is aanbeland,

is het de vraag welke patiëntengroep je het eerst

aanpakt. De arts kiest vaak het liefst de minst

risicovolle groep. Maar patiënten staan daar radicaal

anders in, hebben wij gemerkt. Dat is een ethische

kwestie waar je discussies over moet voeren.”

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

Niet iedereen wil meegaan in een nieuwe behande-

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

daarom jonge artsen al heel vroeg in de opleiding

kennis laten maken met deze nieuwe vorm van

geneeskunde en de technologische vooruitgang.

Ze gaan dan zelf meedenken over de mogelijkheden

en onmogelijkheden en kunnen een gefundeerder

standpunt innemen. Wil je regeneratieve genees-

kunde toepassen, dan moet je de artsen meekrijgen.”

Clevers: “De grote uitdaging is om de angst weg

te nemen dat een nieuwe behandeling niet goed

doordacht en onderzocht is, en daarom fout zal gaan.

We moeten daarom juist ook buiten de medische

wereld kijken: de maatschappij goed informeren,

en discussies voeren in het publieke domein.”

tekst: Rineke Voogt beeld: René den Engelsman

37

Wanneer iets kapot gaat kun je proberen het te repareren of te vervangen. Zo ook in ons lichaam. Maar hoe repa-reer je een kapotte hartklep, een beschadigde knie of ernstig verbrande huid? En vooral, hoe repareer je het duur-zaam en zonder bijwerkingen? Dat is de uitdagende vraag waar het Netherlands Institute of Regenerative Medicine (NIRM) zich op richt. Het onderzoek is verdeeld in een vijftal aandachtsgebieden: hart en bloedvaten, spieren en botten, bloed, zenuwstelsel en interne geneeskunde.

Partners

Absea Biotechnology Ltdwww.absea-antibody.com

Academisch Centrum Tandheelkunde Amsterdamwww.acta.nl

Araim Pharmaceuticals, Inc.www.araimpharma.com

Arcarios bvwww.arcarios.com

ASkin Nederlandwww.a-skin.nl

Beckman Coulter Nederland bvwww.beckmancoulter.com

Becton Dickinson Bioscienceswww.bd.com

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

BiOrion Technologies bvwww.biorion.com

CellCoTec bvwww.cellcotec.com

Encapson bvwww.encapson.com

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

FlexGen bvpiculet-biosciences.com

Harbour Antibodies bvharbourantibodies.com

Hubrecht Organoid Technologyhub4organoids.eu

38

PMS 130 / PMS 369 / black

full color on a light background

full color on a dark background

in black & white

Life Tec Group lifetecgroup.com

Landsteiner Stichting voor Bloedtransfusieresearch www.lsbr.nl

Lead Pharma Holding bv www.leadpharma.com

Materiomics bv www.materiomics.com

Nierstichting Nederland www.nierstichting.nl

Percuros bv www.percuros.com

Pluriomics bv www.pluriomics.com

PolyVation bv www.polyvation.com

Xeltis www.xeltis.com

Rijk Zwaan Zaadteelt en Zaadhandel bv www.rijkzwaan.com

ServiceXS bv www.servicexs.com

Stichting KWF Kankerbestrijding www.kwf.nl

SupraPolix bv www.suprapolix.com

Synvolux therapeutics bv www.synvolux.com

Vereniging Nationaal Reumafonds www.reumafonds.nl

Xpand Biotechnology bv www.xpand-biotech.com

Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl

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

39

Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl

Radboudumc Nijmegen www.radboudumc.nl

Rijksuniversiteit Groningen www.rug.nl

Stichting Het Nederlands Kanker Instituut www.nki.nl

Technische Universiteit Eindhoven www.tue.nl

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl

Universiteit Twente www.utwente.nl

Universiteit Utrecht www.uu.nl

VU medisch centrum www.vumc.nl

Wageningen Universiteit www.wageningenur.nl

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

40

ColofonRedactie

Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt

Hoofd/eindredactie

Sciencestories.nl, René Rector

Vormgeving

Parkers, Rick Verhoog en Sara Kolster

Infographics

Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster

Projectleiding

Giovanni Stijnen, NEMO Kennislink

Coördinatie

Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, NEMO Kennislink

Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met NEMO Kennislinken Marja Miedema en Miriam Boersema (NIRM).