De eigen ‘pacemaker’ van het hart bestaat uit gespecialiseerde hartcellen. Jeroen Bakkers ontrafelde met collega’s het genetisch programma dat deze specialisatie in gang zet. Komt daarmee een biologische pacemaker, gevormd uit levensechte cellen, in zicht?

Voor een goede hartfunctie is de sinusknoop van levensbelang. Dit conglomeraat van gespecialiseerde cellen in het hart, geeft spontaan en met regelmaat een elektrisch signaal af. Dat signaal zet het hart aan tot pompen. Dag in dag uit, zo’n 100.000 keer per etmaal. Mensen bij wie deze ritmische gangmakercellen hun werk niet goed doen, krijgen onderhuids een apparaatje met batterij geïmplanteerd: de pacemaker die het hart voortaan stabiel tot kloppen moet aanzetten.

Lastig voor kinderen

Dat is een uitkomst. Maar jammer genoeg hebben door mensen gemaakte pacemakers nadelen. Zo reageren ze niet op signalen van het autonome zenuwstelsel – bijvoorbeeld als iemand zich meer inspant of emotioneel wordt. De sinusknoop geeft dan méér elektrische signalen per minuut. Een geïmplanteerde pacemaker doet dat niet. Bovendien vereist een pacemaker regelmatig onderhoud, zoals het vervangen van de batterijen. Daarvoor zijn nieuwe operaties nodig. Jeroen Bakkers, hoogleraar moleculaire cardiogenetica in het UMC Utrecht en onderzoeksleider binnen het Hubrecht Institute, zegt dat vooral voor kinderen een pacemaker lastig is om mee te leven. ‘Kinderen groeien en een pacemaker past zich niet aan die groei aan. Zij moeten herhaaldelijk geopereerd worden.’ Onderzoekers hopen daarom een methode te vinden waarmee ze pacemakercellen kunnen namaken, die zich gedragen als de sinusknoop: een biologische pacemaker.

Controle en aansturen

Bakkers werkt met zijn onderzoeksgroep in het Hubrecht Institute al jaren samen met onderzoekers uit het UMC Utrecht, het AMC en het Leids Universitair Medisch Centrum. Ze willen ontrafelen hoe de elektrische geleiding in het hart enerzijds ontstaat tijdens de embryonale ontwikkeling en hoe die anderzijds in het volwassen hart onder controle blijft. Ze onderzoeken daarvoor de genetische activiteit in gangmaker- of pacemakercellen en hoe die genen processen in weefsels aansturen.
Onlangs rondden zij weer een groot project af. 

‘We hebben grote stappen gezet in de invulling van de genetische kaart’

‘Pacemakercellen zijn gespecialiseerde hartspiercellen, die op een andere manier gevormd zijn dan het gros van de cellen van het hart’, legt Jeroen Bakkers uit. ‘Dat gebeurt tijdens de embryonale ontwikkeling.’ Opvallend is echter dat álle cellen van het embryonale hart aanvankelijk elektrische impulsen kunnen afgeven. ‘Allemaal, spontaan. En dat doen ze ook als je de cellen isoleert in een kweekbakje. Haal je cellen uit een volwassen hart, dan doen alleen de pacemakercellen dit nog spontaan.’

Rem op differentiatie

Het onderzoeksteam isoleerde hartcellen uit embryonale muizen- en vissenharten en sinusknoopcellen van volwassen muizen. ‘Wij zijn gaan kijken onder invloed van welke genetische activiteit pacemakercellen in het hart gevormd worden. En zo hebben we een genetisch programma gevonden, dat ervoor zorgt dat tijdens de embryonale ontwikkeling van het hart pacemakercellen  hun capaciteit behouden om elektrische impulsen te geven. Het programma, waarvan we de stuurgenen hebben geïdentificeerd, remt de differentiatie van embryonale hartspiercellen naar volwassen hartspiercellen. Het zorgt ervoor dat deze cellen zich gaan differentiëren tot pacemakercellen.’

Cruciale factoren

Kortom, zegt Bakkers: ‘We hebben grote stappen gezet in de invulling van de genetische kaart. We kennen nu een aantal cruciale factoren in genen die specifiek actief zijn in pacemakercellen en niet in andere cellen. Ook weten we dat in pacemakercellen het gen islet-1 een aantal processen regelt, onder meer om de pacemakerfunctie te behouden en om te kunnen reageren op het autonoom zenuwstelsel.’ Dat betekent echter niet dat nu helemaal duidelijk is hoe pacemakercellen ontstaan en functioneren. Bakkers: ‘Was het maar zo!’

Nieuwe vragen

Het alternatief voor de traditionele geïmplanteerde pacemaker – het manipuleren van stamcellen tot vorming van nieuwe sinusknoopcellen – is dan ook nog lang niet in zicht. ‘We weten hoe je hartspiercellen in een embryo kan sturen in de richting van een pacemakercel. Maar embryonale cellen hebben de eigenschap dat ze zichzelf heel veel delen. Het risico dat je een niet goed uitgedifferentieerde cel zou gebruiken die een soort tumor gaat vormen, kun je beslist niet nemen. En zo is er nog veel meer onbekend. Het onderzoek levert antwoorden op, én het roept nieuwe vragen op. Maar het gaat de goede kant op.’

Voorsorteren

In het Hubrecht Institute en Universiteit Twente sorteren Robert Passier en Christine Mummery wél alvast voor op de toekomst, vertelt Jeroen Bakkers. Met de nieuwe kennis over de genetische stuurprogramma’s gebruiken ze embryonale stamcellen van muis en mens om nieuwe kweekmethoden te ontwikkelen. Ze hopen daarmee als de tijd ervoor rijp is, in staat te zijn om humane pacemakercellen efficiënt te kunnen opkweken uit stamcellen.


Auteur: Angela Rijnen
Fotograaf:
Hollandse Hoogte, Frank Muller / Zorginbeeld

Naar boven
Direct naar: NavigatieDirect naar: InhoudDirect naar: Onderkant website