Kwaliteit van stamcellen verbeteren voor nieuwe organen

Nieuw orgaan nodig en geen donoren beschikbaar? In de toekomst kunnen we een versleten of kapot orgaan wellicht vervangen door nieuw weefsel, gekweekt met stamcellen uit ons eigen lichaam. Een van de problemen met het opkweken en terugplaatsen van stamcellen is de kans op DNA-schade of kanker. Een uitdaging voor de Utrechtse wetenschappers Boudewijn Burgering en Ruben van Boxtel die dit gaan aanpakken. In 2015 kregen ze van de Universiteit Utrecht een Seed Money Grant om een start te maken.

Wanneer een orgaan als een lever of hart het opgeeft, is transplantatie de enige optie. Helaas is er altijd nog een tekort aan donoren. Ook accepteert het lichaam het weefsel van een ander niet altijd, wat leidt tot afstotingsreacties. In de regeneratieve geneeskunde willen artsen en wetenschappers kapot weefsel daarom liefst vervangen door lichaamseigen materiaal.

Miniorganen

In het Hubrecht Instituut werken onderzoekers al een tijd aan het opkweken van stamcellen uit het lichaam van de patiënt tot miniorganen. Met de zogenaamde organoids kreeg de Utrechtse moleculair geneticus Hans Clevers wereldfaam. Hij wist in 2012 samen met Japanse collega’s darmen van een muis te genezen met behulp van buiten het lichaam gekweekte minidarmen. In januari 2015 publiceerde hij in Cell een op stamcellen gebaseerde revolutionaire kweektechniek voor de lever en alvleesklier. Een methode die in principe ook is door te trekken naar andere organen.

Maar voor het zover is, zijn er nog wat hobbels te overwinnen. Zo blijkt dat buiten het lichaam gemakkelijk veranderingen in het DNA van de gekweekte cellen optreden, zogenaamde mutaties. “Mutaties zijn natuurlijk”, zegt Boudewijn Burgering, hoogleraar bij het departement Molecular Cancer Research van het UMC Utrecht. “Ze zijn verantwoordelijk voor natuurlijke selectie en dus de evolutie van organismen. Maar een teveel aan mutaties verhoogt de kans op tumoren. En daar hebben de organoids buiten het lichaam vaak last van. Wij willen deze kans omlaag brengen door mutaties tegen te gaan.“

Schok voor stamcel

Volgens de twee onderzoekers ligt de oorzaak van de mutaties in de omstandigheden van de celcultuur. “Op het lab zijn deze natuurlijk anders dan in het lichaam”, zegt Van Boxtel, bio-informaticus bij het Hubrecht Instituut. “Misschien krijgen de cellen teveel of juist te weinig zuurstof, suikers of andere stoffen. Dat willen we dus onderzoeken. In experimenten zullen we steeds de hoeveelheid van een van deze stoffen variëren en kijken wat het effect is op de cellen.”

“Je ziet dit probleem ook bij beenmergtransplantaties, de huidige toepassing van stamcellen. In een petrischaaltje op het lab staat een cel aan meer zuurstof bloot dan aanvankelijk in het lichaam van de donor. Eenmaal in het lichaam van de ontvanger is de zuurstofspanning weer lager. Zo’n cel krijgt zo een enorme schok en dan moet ie ook nog eens gaan delen. Je vraagt dan heel wat van een stamcel.”

Een ander probleem volgens de onderzoekers is dat de cellen zich op het lab te snel delen. Het mechanisme voor kopiëren van het DNA kan deze deling soms niet goed bijhouden. “De deling wordt dan niet helemaal goed afgemaakt. Als het DNA niet de tijd heeft zich goed te verdubbelen, kan dat DNA-schade geven. Het delen moeten we dus remmen”, aldus Van Boxtel.

Stap dichterbij

Burgering en Van Boxtel beginnen met stamcellen uit de darm en hopen over een jaar de eerste resultaten te hebben. Daarna wordt gekeken hoe het onderzoek kan worden doorgetrokken naar andere organen, zoals lever, longen en nieren. Uiteindelijk hopen wetenschappers met deze kennis de kwaliteit van de organoids te verbeteren en is het vervangen van organen door nieuw lichaamseigen weefsel weer een stap dichterbij.

Tweede ronde Seed Money

In 2015 zijn vier onderzoeksprojecten gehonoreerd vanuit uit de second call Seed Money Life Sciences.  Doel is om onderzoekers van verschillende disciplines samen te brengen die samen voorstellen doen voor grensverleggend onderzoek. Met dit geld kunnen ze onderzoekgegevens verzamelen die als basis kunnen dienen voor een subsidievraag.

De vier gehonoreerde onderzoeksduo’s voor de second call zijn:

• Antimicrobial drugs optimization by decoration with non-natural sugar variants - Marc Wösten (Diergeneeskunde) / Roland Pieters (Bètawetenschappen)
  > Lees meer in het artikel Suiker geeft antibioticum een tweede kans
   
• Modified autologous prostasomes as a vaccine for prostate cancer - Willem Stoorvogel (Diergeneeskunde) / Marianne Boes (Geneeskunde)
  > Lees meer in het artikel Op zoek naar vaccin tegen prostaatkanker
   
• Human lung organoids: a novel model to understand respiratory syncytial virus Bronchiolotis - Louis Bont (Geneeskunde) / Norman Sachs (Hubrecht Instituut)
  > Lees meer in het artikel ‘Minilongen’ kweken in de strijd tegen kindersterfte
   
• Metabolic Requirements for genome integrity in adult stem cells - Boudewijn Burgering (Geneeskunde) / Ruben van Boxtel (Hubrecht Instituut)