Voor onderzoek naar hartritmestoornissen worden veel proefdieren gebruikt. Het Laboratorium voor Experimentele Cardiologie van het LUMC ontwikkelde een alternatief. Biochemicus en hoofdonderzoeker Twan de Vries vertelt over een nieuwe productiemethode van hartspiercellen die het gebruik van proefdieren sterk kan verminderen.
Hoe uniek is dat?
‘Verbazingwekkend is dat we na het stoppen van de vermeerdering van de cellen echt volledig functionele hartspiercellen hebben geoogst. Alle eerdere pogingen om hetzelfde te bewerkstelligen zijn mislukt. Dat het ons wel gelukt is, is waarschijnlijk te danken aan het feit dat we gebruik hebben gemaakt van de nieuwste inzichten op het gebied van celdeling en genregulatie.’
Zijn de cellen representatief voor menselijke hartcellen?
‘We hebben daar onlangs op een congres over gedebatteerd: wat is nu het beste onderzoeksmodel? Primitieve menselijke hartspiercellen of verder ontwikkelde dierlijke hartspiercellen? Het ligt eraan wat je precies wilt bestuderen. Door de grote overeenkomsten tussen menselijke en dierlijke hartspiercellen zijn veel fundamentele vraagstellingen prima te beantwoorden met behulp van dierlijke hartspiercellen. Daarbij moet je natuurlijk wel oog blijven houden voor de verschillen tussen beide celtypes. In rust heeft een volwassen rat bijvoorbeeld een hartfrequentie van 300 tot 400 slagen per minuut. Bij een volwassen mens is dat 60 tot 100 slagen per minuut. Hartspiercellen verworven uit menselijke pluripotente stamcellen zijn daarentegen zo primitief, dat ze in de verste verte niet lijken op volwassen hartspiercellen.’
Wordt jullie systeem al door anderen gebruikt?
‘Ja. Een onderzoeksgroep in Amsterdam bestudeert genetische factoren die een rol spelen bij boezemfibrilleren. Zij doen dat met onze cellen. Een andere Nederlandse onderzoeksgroep is geïnteresseerd in het gebruik van de cellen om nieuwe geneesmiddelen voor boezemfibrilleren te ontwikkelen. Verder zijn er verschillende bedrijven en buitenlandse onderzoeksgroepen die met onze cellen aan de slag willen.’
Wat is er nodig om deze manier van werken, die veel proefdieren kan gaan besparen, wijder verbreid te krijgen?
‘In het ZonMw-programma Meer Kennis met Minder Dieren, dat nu een vervolgproject financiert, is dit een belangrijk aandachtspunt. We hebben inmiddels aangetoond dat onze strategie, die we immortogenetics hebben genoemd, voor verschillende celtypes werkt. Nu zijn we bezig om op vergelijkbare manier menselijke hartspiercellen en cellen uit de bloedvatwand (endotheelcellen) te vermeerderen. We gebruiken hierbij allerlei nieuwe handigheidjes. Het maken en karakteriseren van cellijnen (een verzameling gelijke cellen, red.) blijft echter een arbeidsintensieve aangelegenheid. Ik heb momenteel vier mensen hieraan werken. Wat betreft de distributie van de cellen: we gaan eerst kijken hoeveel verzoeken er binnenkomen en hoe we daaraan tegemoet kunnen komen. Een andere optie is om het genconstruct dat we hebben gebruikt voor de celvermeerdering beschikbaar te stellen. En als we erin slagen goede menselijke hartspier- en/of endotheelcellijnen te maken, dan denken we dat de distributie daarvan het beste commercieel kan plaatsvinden.’
U heeft een systeem ontwikkeld waarmee grote hoeveelheden hartspiercellen te produceren zijn voor wetenschappelijk onderzoek. Waren zulke cellen nog niet beschikbaar?
‘Voor onderzoek naar hartritmestoornissen, zoals wij verrichten, heb je hartspiercellen nodig die elektrische stroompjes afgeven. Het lastige van volwassen hartspiercellen is dat ze zich buiten het lichaam niet kunnen vermenigvuldigen. Bovendien geven ze in kweekschaaltjes al snel geen elektrische stroompjes meer af en trekken ze niet meer samen. De enige manier waarop we tot voor kort onderzoek konden doen was met behulp van steeds verse hartspiercellen van mens of dier. Menselijk hartspierweefsel is beperkt beschikbaar. Bovendien verliezen gekweekte menselijke hartspiercellen snel hun specifieke eigenschappen. Voor ons onderzoek gebruiken we daarom bij voorkeur hartjes van pasgeboren ratten. De uit deze hartjes afkomstige spiercellen kunnen wekenlang gekweekt worden mét behoud van hun elektrische en mechanische eigenschappen.’
Zijn daar veel proefdieren voor nodig?
‘Je zou het wereldwijde verbruik in kaart moeten brengen om daar iets met zekerheid over te kunnen zeggen. Maar in het verleden is er in ons laboratorium een periode geweest, waarin we bijna wekelijks ongeveer 50 pasgeboren ratjes offerden. Op jaarbasis zijn dat circa 2.000 dieren. Dat is best heel veel, zeker omdat wij lang niet de enige onderzoeksgroep zijn die veelvuldig gebruikmaakt van hartspiercellen uit pasgeboren ratten.’
Bestaan er alternatieven?
‘Er wordt veel onderzoek gedaan naar gebruik van zogenaamde pluripotente stamcellen. Uit deze cellen is in theorie vrijwel elk gespecialiseerd celtype uit het lichaam maakbaar door de stamcellen op verschillende tijdstippen bloot te stellen aan specifieke signaalstoffen. Daarbij boots je eigenlijk de embryonale ontwikkeling na. Het is een kostbare en tijdrovende procedure. Bovendien bezitten uit pluripotente stamcellen verkregen hartspiercellen tot nu toe sterk uiteenlopende eigenschappen en zijn ze in het algemeen erg primitief. Daarom hebben wij een andere methode ontwikkeld om tegen beperkte kosten grote hoeveelheden hartspiercellen van constante kwaliteit te produceren.’
Hoe werkt dat?
‘Hartspiercellen uit de boezems van pasgeboren ratten hebben we deelbaar gemaakt. Dat is gelukt door een gen in die cellen te brengen dat de cellen na blootstelling aan het antibioticum doxycycline doet delen. De cellen verliezen hierbij het vermogen om elektrische stroompjes te produceren en samen te trekken. Nadat de cellen zich sterk hebben vermenigvuldigd laten we de doxycycline weg en stopt de celdeling. Vervolgens krijgen de cellen hun oorspronkelijke eigenschappen terug, op een aantal subtiele verschillen na die niet belangrijk zijn voor het onderzoek.’
Relevante Mediator artikelen
Auteur: Angela Rijnen
Video en Foto: Diana Mosterd
Publicatiedatum: 4 oktober 2018