Op weg naar genezing van diabetes type 1 DCTI

Transcriptie

1 Op weg naar genezing van diabetes type 1 DCTI

2

3 Op weg naar genezing van diabetes type 1 DCTI Amsterdam 2015

4 Inhoud Voorwoord 3 Diabetes type 1: op weg naar genezing 4 DCTI in vogelvlucht 6 Gezocht: cel voor insulineproductie 8 Opdracht: kweek miljoenen bètacellen 12 Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier 14 Pomp houdt donoralvleesklier in vorm 19 Eerste tests versus laatste strohalm 22 DCTI partners 24 Colofon 25 Voor meer informatie klik op de links en de ikonen Deze uitgave kwam tot stand in samenwerking met Kennislink.nl, dé populairwetenschappelijke website voor het Nederlandse taalgebied. Voor meer actuele informatie en nieuws over onderwerpen in dit boek, raadpleeg de partnerpagina van DCTI: of een van de thema s:

5 Voorwoord Eelco de Koning PROJECTLEIDER DCTI EN HOOGLERAAR DIABETOLOGIE AAN HET LEIDSUNIVERSITAIR MEDISCH CENTRUM DCTI is wat mij betreft een enorme stimulus geweest voor het veld van celvervangingstherapie bij diabetes. Door een goede samenwerking tussen academische partners, bedrijven en het diabetesfonds hebben we wetenschappelijk onderzoek kunnen doen om nieuwe therapieën te ontwikkelen. Die samenwerking daar is Nederland goed in en daar kunnen we trots op zijn. Daarnaast hebben wij artsen, beleidsmakers en patiënten bewust gemaakt van de noodzaak en voordelen van deze nieuwe therapieën. Het onderzoek naar insuline producerende cellen staat dankzij DCTI meer in de spotlights. Dat geeft patiënten hoop. Mensen zien dat er onderzoek wordt gedaan naar echte oplossingen en dat het niet alleen gaat om symptoombestrijding. We hebben binnen het project nieuwe dragermaterialen gemaakt, meer en beter eilandjes kunnen isoleren en factoren geïdentificeerd die de overleving van eilandjes kunnen verbeteren. Dat zijn allemaal belangrijke stappen naar de volgende fase. Die moet er komen, want DCTI is een tussenstation, geen eindstation. In een volgende stap willen we de dragermaterialen testen bij patiënten en met behulp van stamcellen grote hoeveelheden insuline producerende cellen maken. Zo staan we klaar voor bètacelvervangingstherapie op grotere schaal in de toekomst. Herman Verheij LSH-FES SECTORCOÖRDINATOR Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FESproject DCTI. LSH staat voor Life Sciences & Health, oftewel de toepassing van de levenswetenschappen voor onze gezondheid, en FES voor Fonds Economische Structuurversterking, de zogenoemde aardgasbaten. DCTI begon zijn activiteiten in 2010, na goedkeuring door de Nederlandse overheid van een overkoepelend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door een combinatie van vele partners waaronder kleine en middelgrote bedrijven, multinationals, universitaire en medische onderzoeksgroepen, patiëntenorganisaties, 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 economische bedrijvigheid in Nederland. Veel van deze resultaten vindt u terug in dit boek, waarbij u zich keer op keer zult kunnen verwonderen over de laatste ontwikkelingen in dit boeiende vakgebied. Ik wens u dan ook veel leesplezier! 3

6 Introductie tekst: Elles Lalieu beeld: Parkers Diabetes type 1: op weg naar genezing Diabetes staat bekend als sluipmoordenaar, omdat een te hoge bloedsuiker op den duur leidt tot complicaties. Bij patiënten met diabetes type 1 is de bloedsuikerspiegel soms moeilijk te reguleren. Oorzaak: de cellen die insuline produceren zijn defect. Tot nu toe zijn patiënten aangewezen op het spuiten van insuline. Pas als dat echt niet werkt, wordt transplantatie overwogen. Binnen het Diabetes Cell Therapy Initiative (DCTI) is gezocht naar verbetering en alternatieven. Alles wat we eten wordt in het lichaam omgezet in glucose: brandstof voor de cellen. Maar de cellen kunnen die brandstof niet zomaar opnemen. Daarvoor is insuline nodig. De alvleesklier maakt die insuline. Dat gebeurt in de zogenoemde eilandjes van Langerhans; clusters van verschillende celtypen die uiteenlopende hormonen afscheiden. De bètacellen in de eilandjes zijn verantwoordelijk voor de productie van insuline. Eén miljoen Bij diabetes type 1 valt het eigen afweersysteem de eilandjes in de alvleesklier aan. Die raken daarbij zo sterk beschadigd dat ze geen insuline meer produceren. Glucose kan dan niet meer door de cellen worden opgenomen en blijft achter in het bloed. Als dat chronisch gebeurt, kan dat leiden tot complicaties als blindheid, nierfalen, hartklachten en amputaties. Diabetes type 2 is een heel ander verhaal: type 2 is een stofwisselingsziekte waarbij het lichaam langzaam ongevoelig wordt voor insuline, wat onbehandeld tot dezelfde problemen kan leiden. In Nederland leven ongeveer één miljoen mensen met diabetes. Daarvan zijn er met type 2 en met type 1. Toch is binnen DCTI gekozen om onderzoek te doen naar nieuwe behandelingen voor diabetes type 1. Projectleider Eelco de Koning legt uit waarom: De glucoseregulatie bij diabetes type 1 is in het algemeen gecompliceerder dan bij diabetes type 2. Patiënten moeten meteen insuline gaan spuiten, terwijl er bij type 2 eerst iets gedaan kan worden met het dieet of met tabletten. Transplantatie Het constante risico op een te hoog of juist te laag glucosegehalte maakt dat patiënten met diabetes type 1 de hele dag met hun ziekte bezig zijn. De impact is zo groot, omdat mensen voortdurend moeten rekenen. Wat ga ik doen vandaag, wat ga ik eten en hoeveel insuline heb ik dan nodig? En zelfs al is die insulinetherapie heel strak, dan nog lukt het soms niet om het glucosegehalte onder controle te krijgen. 4

7 Patiënten kunnen in Nederland sinds een paar jaar een eilandjestransplantatie ondergaan. Daarbij worden de eilandjes van Langerhans uit de alvleesklier van een overleden donor gehaald en ingespoten bij de patiënt. Na transplantatie is de glucoseregulatie bij vrijwel iedereen veel stabieler. Maar sommige mensen blijven langere tijd zonder insuline, terwijl anderen nooit zonder insuline kunnen of er zelfs na korte tijd toch weer op over moeten. producerende cellen uit op te kweken. Met als grootste uitdaging: hoe kunnen we cellen zo opkweken dat er uiteindelijk genoeg is om alle patiënten met diabetes type 1 te behandelen. Cellen verpakken Transplantatie is dus nog niet zo efficiënt en dat heeft verschillende oorzaken. Zowel tijdens de transplantatie als eenmaal in het lichaam van de patiënt gaan er insuline producerende cellen verloren. Om de donorcellen veilig naar de plaats van bestemming te loodsen, is er binnen DCTI gewerkt aan verschillende dragermaterialen. De Koning: Door de donorcellen te verpakken, creëer je een omgeving waarin de cellen zich zo goed mogelijk thuis voelen. Het verlies blijft dan beperkt. Alternatieve bronnen Naast het efficiëntieprobleem speelt ook donortekort een belangrijke rol. Met het aantal donoren dat er nu is, is vijftig tot honderd transplantaties per jaar het maximum. Maar er komen ieder jaar nieuwe patiënten bij. Daarom is er binnen DCTI gezocht naar alternatieve bronnen om insuline 5

8 Infographic DCTI in vogelvlucht tekst: René Rector beeld: Parkers Bij Diabetes type 1 produceert het lichaam geen insuline meer. Dat ontregelt de suikerhuishouding. Het Diabetes Cell Therapy Initiative (DCTI) speurt naar nieuwe behandelmethoden. Alvleesklier Maag Dunne darm Is de alvleesklier defect, dan is transplantatie een (schaarse) optie. Om het succes van de transplantatie te vergroten, is gewerkt aan een speciale pomp, die de alvleesklier tijdens de transplantatie in goede conditie houdt. Het lichaam regelt de suikerspiegel met insuline. Die wordt aangemaakt door bètacellen in de alvleesklier. 6

9 Insuline producerende bètacellen Idealiter transplanteer je niet vanwege een schrijnend donortekort en afstotingsverschijnselen, maar kweek je nieuwe insuline producerende bètacellen. Omdat die nauwelijks te kweken zijn, is gezocht naar alternatieven en kweekmethoden. Bloedvat Eilandje van Langerhans Recent is ook de transplantatie van eilandjes van Langerhans mogelijk, waar de insuline wordt gemaakt. Maar de kwaliteit van de eilandjes neemt vaak snel af. Slimme trucs, waaronder een beschermende verpakking, moeten het succes vergroten. 7

10 Case study tekst: Rineke Voogt beeld: Françoise Carlotti Gezocht: cel voor insulineproductie Voor mensen met diabetes type 1 (waarbij de alvleesklier geen insuline meer produceert) is er nog altijd geen genezing. Transplantatie van de alvleesklier is een mogelijkheid, maar dat is een ingrijpende operatie en het tekort aan donoren is schrijnend. Vandaar dat werd gezocht naar een oplossing op kleine schaal: je transplanteert alleen de insuline producerende cellen. Die zijn óók schaars, maar, zo redeneren Leidse onderzoekers, die kun je opkweken. Bij een type 1 diabetespatiënt zijn de bètacellen, die verantwoordelijk zijn voor de insulineproductie, defect of vernietigd. Om toch hun bloedsuikerspiegel op peil te houden spuiten mensen met type 1 diabetes insuline. Dat is symptoombestrijding: voor het onderliggende probleem is geen oplossing. Zijn bètacellen eenmaal kapot, dan kunnen ze niet worden gerepareerd. Sinds 2008 worden de eilandjes ook los getransplanteerd. Ze worden ingespoten in de poortader van de lever. De alvleesklier blijft daarbij onaangeroerd: de klier ontsteekt snel en voor de functie van de eilandjes blijkt de lever een prima huisvesting te zijn. Alleen: ook hier is een groot tekort aan donoren, en moet een patiënt medicijnen blijven slikken tegen afstotingsverschijnselen. Wel kun je ze vervangen. Een patiënt kan een donor alvleesklier krijgen, inclusief eilandjes van Langerhans met daarin werkende bètacellen. Probleem is alleen: een complete alvleeskliertransplantatie is een heftige ingreep voor de patiënt en er zijn erg weinig donoren. (Zie ook Pomp houdt donoralvleesklier in vorm) Per jaar komen er ongeveer 250 donoralvleesklieren beschikbaar te weinig voor de honderdduizend Nederlanders met diabetes type 1. Bovendien wordt het orgaan na transplantatie soms alsnog afgestoten. Bètacellen kweken De Leidse onderzoekster Françoise Carlotti en collega s zoeken dan ook naar een manier om insuline producerende cellen te maken, zonder afhankelijk te zijn van donoren. Het doel: gekweekte eilandjes van Langerhans, met bètacellen, klaar voor transplantatie. Verschillende opties zijn denkbaar om dat doel te bereiken, vertelt Carlotti, assistant professor bij de Diabetesgroep van de afdeling Nierziekten van het Leids Universitair Medisch Centrum. Het makkelijkst zou zijn om bètacellen bij een gezonde donor weg 8

11 Gezocht: cel voor insulineproductie links URL Eilandjes van Langerhans (in rood) kunnen uit de alvleesklier worden geïsoleerd en gescheiden van het overige weefsel. De diameter van een eilandje is ongeveer een tiende millimeter. te nemen, te vermenigvuldigen in het lab en dan te implanteren bij de patiënt met diabetes type 1. Promovenda Maaike Roefs houdt zich bezig met die mogelijkheid: een kleine hoeveelheid bètacellen uit een donor doorkweken tot je genoeg nieuwe bètacellen hebt om te kunnen transplanteren. Bètacellen kweken klinkt eenvoudiger dan het is. Ze willen zich namelijk noch in het lichaam noch in een schaaltje in het laboratorium vermenigvuldigen. Bovendien veranderen de cellen die je probeert te kweken van identiteit. Ze starten als insuline producerende bètacellen, maar transformeren spontaan in een ander type cel die geen insuline meer produceert. Het voordeel is dat we die cellen wel kunnen vermeerderen, zegt Roefs. Maar nu moeten we nog een manier zien te vinden om ze weer te laten veranderen in bètacellen. De gedachte is dat de gekweekte cellen geschikt zijn voor insulineproductie, omdat de cellen dat van oorsprong konden. Het onderzoek naar die weg terug is gaande. Door de cellen zich te laten groeperen en verschillende groeifactoren toe te voegen, lukt het al om ze een klein beetje terug te laten keren naar hun oorspronkelijke functie. Naar de precieze trigger om de cellen weer in vorm te krijgen voor insulineproductie is het nog zoeken. Groeifactoren Roefs werkt daarvoor samen met het biotechnologiebedrijf Galapagos. Het bedrijf heeft de capaciteit om op grote schaal de werking van verschillende medicijnen op weefsel te testen. Dat is ook voor dit onderzoek handig: zo kan in korte tijd de werking van stoffen als groeifactoren getest worden op de gekweekte bètacellen. Die snelle eerste screening van stoffen helpt in de zoektocht naar de factoren die in aanmerking komen om de cellen terug te laten keren naar hun bèta-oorsprong. 9

12 Case study tekst Naam Als dat lukt, zou dat de doorbraak zijn waar Roefs op hoopt. De cellen zouden in een scaffold kunnen worden geplaatst (zie ook Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier) en een diabetespatiënt kan dan nieuw gekweekte eilandjes van Langerhans krijgen, zonder dat er een tekort aan donormateriaal ontstaat. Andere kandidaten Van de 250 donoralvleesklieren die er jaarlijks in Nederland beschikbaar zijn, worden sommige organen in zijn geheel naar één patiënt getransplanteerd. Uit de andere alvleesklieren worden de eilandjes van Langerhans gehaald, zo n een procent van het totale orgaan, en getransplanteerd. De rest van de alvleesklier is dan vaak waardeloos geworden. Zonde, vinden de onderzoekers. Dat resterende materiaal zou nog wel eens van pas kunnen komen. Een van de hoofdonderdelen van de alvleesklier is het uitgebreide gangenstelsel, dat alle verteringssappen die geproduceerd worden door de alvleesklier verzamelt en richting de darmen leidt. Die gangen worden gevormd door zogenoemde ductcellen. En die ductcellen zijn belangrijk in de vorming van bètacellen: tijdens de ontwikkeling van de alvleesklier, in de baarmoeder, ontstaan de eilandjes van Langerhans vanuit embryonale ductcellen. Die embryonale ontwikkeling kunnen we mogelijk in een kweekschaaltje nabootsen, zegt Tim Dielen, die bij de Diabetesgroep van het LUMC aan dit project samenwerkt met promovendus Jeetindra Balak. Embryonale ontwikkeling Hoe je ductcellen uit de alvleesklier isoleert weten we al. Die volwassen cellen moet je ertoe zien te bewegen dat ze zich gaan gedragen als embryonale ductcellen, zodat ze zich vervolgens kunnen specialiseren richting bètacel. Dielen: Het is puzzelen. We gebruiken wat we weten van embryonale ontwikkeling. Je moet de genen die nodig zijn voor de ontwikkeling van bètacellen identificeren en de kettingreacties die tijdens de groei plaatsvinden in kaart brengen. Die informatie kunnen we dan gebruiken om de cel de goede richting op de sturen. De onderzoekers experimenteren met verschillende groeifactoren. Het is nu mogelijk om voor lange termijn ductcellen te kweken in een speciale soort gel, Een eilandje van Langerhans in de alvleesklier onder de microscoop. Celkernen zijn blauw gekleurd, insulineproducerende cellen (bètacellen) rood en glucagon-producerende cellen (alfacellen) groen. 10

13 Gezocht: cel voor insulineproductie waarbij de cellen uit zichzelf gangen lijken te vormen zoals in de embryonale pancreas. De volgende stap is de ontwikkeling van deze cellen naar bètacellen. De onderzoekers zijn er in geslaagd om proof of concept te laten zien: een klein percentage van de gekweekte ductcellen produceert inmiddels insuline. Bioreactoren Een derde mogelijkheid om insuline producerende cellen te kweken is werken vanuit alfacellen, die ook in de eilandjes van Langerhans te vinden zijn en de tegenhanger van insuline produceren: glucagon. Van alfacellen zijn er ongeveer vier keer minder dan van bètacellen. De onderzoeksgroep van het LUMC ontdekte dat bètacellen soms spontaan veranderen in alfacellen, zodra je een eilandje van Langerhans in het lab uit elkaar laat vallen en de cellen weer laat samenvoegen. Als we die spontane verwisseling kunnen omkeren zodat een alfacel een bètacel wordt, is de gedachte, dan biedt dat perspectief voor een alternatieve bron voor insuline producerende cellen. Het werk van Carlotti en collega s is bijzonder, omdat de onderzoekers zich focussen op menselijke cellen. Veel onderzoeksgroepen die met dierlijke cellen werken publiceren prachtige resultaten maar vaak zeggen zulke resultaten weinig over hoe het bij mensen werkt. Voor vertaling naar de kliniek is werken met humane cellen cruciaal. Er kleven alleen wel nadelen aan: het beperkt de snelheid van het onderzoek. Niet alleen vanwege de strengere regels, maar ook omdat er zo weinig materiaal is om mee te werken. Van de donororganen kunnen ongeveer tachtig alvleesklieren per jaar worden gebruikt voor onderzoek mits daarvoor toestemming is gegeven door de nabestaanden. Met het materiaal dat wel voorhanden is werken Carlotti en collega s dan ook zo efficiënt mogelijk. Om de celkweek op te schalen, werken ze samen met biotechnologiebedrijf Xpand, dat erin gespecialiseerd is om in bioreactoren cellen te kweken (zie ook Opdracht: kweek miljoenen bètacellen). Carlotti: Om ons werk naar de kliniek te kunnen vertalen, hebben we een zeer groot aantal cellen nodig. Door met Xpand samen te werken is de kweek minder arbeidsintensief: in ons eigen lab kweken we cellen op een tweedimensionaal vlak, en het kost veel werk om ze te voeden. Met de driedimensionale celkweek ontwikkeld door Xpand kunnen we de kweek sneller opschalen. Bètacellen (in groen) kunnen worden gekweekt in een kweekfles, waarbij ze veranderen van identiteit. Een kenmerk van deze nieuwe identiteit is gekleurd in rood. Celkernen zijn blauw gekleurd. 11

14 Procesverslag tekst: Rineke Voogt Opdracht: kweek miljoenen Eilandjes transplanteren boordevol goede, insuline producerende bètacellen. Daar heb je enorm veel bètacellen voor nodig. Maar het opkweken van die cellen bleek zelfs voor specialisten een hachelijke onderneming. Najaar 2013 De eerste batch cellen komt uit FOTO: XPAND Zomer 2012 Het hele idee achter DCTI is om gezonde, goed functionerende bètacellen te transplanteren in een patiënt die ze niet meer heeft. Daarvoor heb je natuurlijk voldoende bètacellen nodig. Het ontbreekt aan donormateriaal, en dus speuren de onderzoekers naar manieren om nieuwe insuline producerende cellen te maken (zie ook Gezocht: cel voor insulineproductie). Maar dat is niet de enige uitdaging: het moet namelijk niet alleen in een reageerbuisje werken, het moet op grote schaal. Een gezond persoon heeft in zijn alvleesklier ongeveer een miljoen eilandjes van Langerhans, die voor zestig procent uit bètacellen bestaan. Er moet dus veel gekweekt worden. En daar komt Xpand in beeld. Xpand is een biotechnologiebedrijf gespecialiseerd in het kweken van mesenchymale stamcellen (die later kunnen specialiseren in bijvoorbeeld vetcellen, bot- of spierweefsel). Ruud Das en Wendy Tra van Xpand willen dezelfde techniek gebruiken voor het kweken van bètacellen. Daarvoor gebruiken ze een speciale zelfontwikkelde bioreactor, waarbij in een grote plastic zak in een gecontroleerde omgeving veel cellen tegelijk kunnen groeien terwijl ze met minder medium toekunnen. Dat moet ook met bèta s kunnen, is de gedachte. Leiden aan bij Xpand. Omdat volwassen bètacellen niet willen delen, hebben de Leidse onderzoekers bètacellen veranderd: de gestripte cellen produceren geen insuline meer, maar kunnen wel delen. Zowel gestripte bètacellen als ductcellen moeten in kweek. Nu is het zaak zo snel mogelijk uit te zoeken onder welke omstandigheden de cellen het best gedijen. Helaas loopt het al snel op een teleurstelling uit. Om de cellen te kweken in de bioreactor (en ze niet met het medium weg te laten spoelen), moeten ze hechten aan een zogenoemde microcarrier : een knikker van tweehonderd micrometer met eiwitten eromheen, waarop cellen goed groeien. Als Tra in een kweekplaat cellen toevoegt aan medium met microcarriers en het medium er na een poos afhaalt, zijn er amper bolletjes vol cellen te zien: helaas, ze willen niet hechten. 12

15 bètacellen FOTO: MAAIKE ROEFS FOTO: WIKIMEDIA Voorjaar 2014 Een doorbraak voor de gestripte bètacellen: een nieuwe batch cellen, voorzien van een fluorescerend labeltje, blijken goed te hechten. Microcarrier CellBind blaakt van de fluorescentie, zodra Tra hem prepareert. Het succes blijkt van korte duur. Bèta s willen wel blijven plakken aan CellBind, maar ze laten nooit meer los. Winter 2014 Ductcellen leken naast bètacellen een goed alternatief om op te kweken. Maar ze blijken buitengewoon lastige klanten. De populatie cellen die je kweekt is niet zuiver, het is moeilijk ze te sorteren. En ze hebben enorm veel medium nodig. Na maanden experimenteren trekt Tra de stekker eruit. Ductcellen hebben vanaf nu geen prioriteit meer: Xpand focust op bètacellen. Voorjaar 2015 Je moet je cellen goed kennen om ze te kunnen kweken. Dat bèta s niet makkelijk zijn, is inmiddels duidelijk. De cellen zijn ook al niet onder de indruk van enzymen die normaal gesproken makkelijk cellen losweken van de microcarriers. Zelfs na een uur badderen in een mengsel met het enzym laten lang niet alle cellen los. Moeten ze nog langer? Dat kan eigenlijk niet, want dan gaan er ook cellen kapot. Zomer 2015 De cellen van twee donoren staan op kweek in platte kweekflessen. Het gaat de goede kant op: de goede microcarrier, de juiste groeifactoren en vijftig procent van de gekweekte cellen kan geoogst worden. Genoeg is het nog niet. Das en Tra zijn niet bereid zomaar de helft van de kweek op te geven. Dat oogsten moet beter kunnen. FOTO: XPAND 20?? De oogst is gelukt! Dus nu op naar de volgende stap: de cellen kweken in de bioreactor. Daarin kan het equivalent van honderd platte kweekflessen aan cellen tegelijk groeien. Tweehonderd miljoen, als het meezit. Dat zijn genoeg bètacellen voor tientallen patiënten met diabetes type 1. Althans, als het lukt om de gestripte bèta s weer te veranderen in insuline producerende cellen. Wordt aan gewerkt. 13

16 Beeldreportage tekst: Elles Lalieu beeld: Aart van Apeldoorn Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier Vijftig eurocent In het laboratorium van bio-engineer Aart van Apeldoorn giet onderzoeker Don Hertsig een elastisch biomateriaal op een speciaal ontworpen malletje. Na een tijdje wachten is het materiaal hard genoeg om uit de mal te halen. Daarna kunnen gecontroleerd kleine gaatjes in het materiaal worden aangebracht. Het resultaat is een elastisch, dun laagje biomateriaal dat niet veel groter is dan een muntstuk van vijftig eurocent. Dit fl interdunne muntje is bedoeld als drager voor eilandjes van Langerhans tijdens transplantatie. Door het biomateriaal te persen of te gieten, ontstaat een soort micro-eierdoosje met allemaal kleine kommetjes, legt Van Apeldoorn uit. In ieder kommetje kun je één eilandje vangen. Door de eerder aangebrachte gaatjes kunnen heel makkelijk bloedvaten groeien, zodat de eilandjes zuurstof en voedingsstoffen kunnen krijgen. Door het transplantaat af te sluiten met nog een laagje materiaal zitten de eilandjes in een beschermde omgeving. Het transplantaat is inmiddels met succes getest bij kleine proefdieren. De volgende stap is het testen van het materiaal bij varkens. 14

17 15

18 beeld: Paul de Vos Elf kunstmatige alvleesklieren Immunoloog Paul de Vos onderzoekt de effectiviteit van een kunstmatige alvleesklier in ratten en muizen. Eerst wordt het lege transplantaat onder de huid van een muis of rat gebracht, vertelt hij. Het transplantaat is lichaamsvreemd en dus komt er een afstotingsreactie op gang. Pas als die achter de rug is en er voldoende bloedvaten in het transplantaat aanwezig zijn, brengen we de eilandjes in via een infuus. Doen we dat eerder, dan gaan alle eilandjes gelijk dood. De eerste resultaten van de kunstmatige alvleesklier zijn veelbelovend. Op de grote foto is de rug van een rat opengesneden om de doorbloeding van het transplantaat te kunnen beoordelen. De doorbloeding is prima, de eilandjes overleven en produceren een normale hoeveelheid insuline. Op de kleine foto zijn geïsoleerde eilandjes zichtbaar onder een microscoop. Inmiddels lopen er elf proefdieren met een kunstmatige alvleesklier rond en bij sommige dieren gaat dat al vier maanden goed. In de komende jaren wordt het transplantaat langzaam opgeschaald van kleine proefdieren, via grote proefdieren, naar mensen. 16

19 Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier 17

20 Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier Sinds een aantal jaar komen patiënten met ernstige vormen van diabetes type 1 in aanmerking voor transplantatie van eilandjes van Langerhans. Eilandjes worden uit de alvleesklier van een donor gehaald en ingebracht in de lever van de patiënt. Dat lukt, maar doordat de eilandjes niet in de lever thuishoren, gaan er tijdens transplantatie en in de periode daarna veel verloren. Bio-engineer Aart van Apeldoorn en immunoloog Paul de Vos proberen een betere transplantatieplaats te maken met behulp van biomaterialen. Direct na transplantatie in de lever gaat al meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren. Dat de eilandjes bij transplantatie in de lever worden geplaatst, heeft vooral een praktische reden. De Vos legt uit: Artsen willen de alvleesklier niet aanraken, want dat orgaan produceert ook spijsverteringssappen en als die gaan lekken zijn de problemen niet te overzien. Maar direct na transplantatie in de lever gaat waarschijnlijk meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren. Dit verlies willen we voorkomen door de eilandjes, die heel weinig kunnen hebben, in een kunstmatige omgeving te transplanteren die de alvleesklier nabootst. Zo n kunstmatige omgeving moet aan een aantal criteria voldoen. Het materiaal mag niet afbreekbaar zijn en moet makkelijk uit het lichaam te verwijderen zijn, somt Van Apeldoorn op. Verder mag het materiaal niet toxisch zijn voor cellen en mogen de eilandjes er niet aan kunnen hechten. Door te hechten kunnen de eilandjes van vorm veranderen en daardoor hun functie verliezen. Zo n nieuwe kunstmatige alvleesklier moet minstens net zo efficient zijn als de huidige methode, anders heeft het geen zin om ermee verder te gaan. Wanneer een methode goed genoeg is, is geen uitgemaakte zaak. De Vos: We krijgen eilandjes van overleden donoren, dus daar moeten we zuinig op zijn. We kunnen niet zomaar iets pakken en het gebruiken. Vandaar ook dat we zoveel mogelijk willen monitoren voordat we de eilandjes in de kunstmatige alvleesklier brengen. 18

21 Interview tekst: Rineke Voogt beeld: Marjolein Leemkuil Pomp houdt donor- alvleesklier in vorm Bij sommige diabetes-type-1-patiënten is het glucosegehalte van het bloed ondanks insulinebehandeling zo slecht onder controle te houden, dat transplantatie van een nieuwe alvleesklier de enige uitkomst is. Die transplantatie is een moeilijke procedure met veel kans op beschadiging van het orgaan. Onderzoekers Henri Leuvenink en Marjolein Leemkuil van het Universitair Medisch Centrum Groningen werken aan een oplossing om de conditie van donoralvleesklieren te verbeteren. Een patiënt met diabetes type 1 kan zijn of haar bloedsuikerspiegel meestal redelijk onder controle houden door op bepaalde momenten insuline te spuiten. Er zijn echter patiënten bij wie dat erg lastig blijkt: bij hen zijn er enorm veel wisselingen in hun bloedsuiker, waarvan ze vaak op vroege leeftijd al de gevolgen ondervinden. Een continu te hoge bloedsuikerspiegel kan bijvoorbeeld leiden tot nierfalen of schade aan het netvlies of de zenuwen; van een te laag glucosegehalte kun je bewusteloos of zelfs in coma raken. Die groep heeft baat bij een alvleeskliertransplantatie. Leemkuil: Dat is een ingrijpende operatie, met een hoog risico op complicaties. Een deel van de patiënten is lichamelijk niet fit genoeg om zo n grote operatie te ondergaan. Soms moet een patiënt maanden in het ziekenhuis blijven. De resultaten na een geslaagde transplantatie zijn overigens goed; een groot deel van de patiënten hoeft geen insuline meer te gebruiken. Per jaar worden er in Nederland rond de dertig al- vleesklieren getransplanteerd. Zo n operatie vereist Een menselijke alvleesklier wordt voorbereid voor koppeling aan de pomp. 19

22 veel voorbereiding en grote zorgvuldigheid. Een alvleesklier is week van structuur, en veel minder solide dan een nier of een lever, waardoor het snel beschadigt. De gevolgen daarvan zijn groot: een alvleesklier bestaat namelijk slechts voor ongeveer twee procent uit de eilandjes van Langerhans (met daarin de insuline producerende cellen), maar voor het grootste gedeelte uit cellen die spijsverteringsenzymen aanmaken. Als die door schade gaan lekken in de buikholte van de ontvanger, kunnen ze mogelijk ook de eigen organen verteren. En ondanks de zorgvuldigheid van artsen treden er vaak complicaties op. Leuvenink en Leemkuil willen de kans op schade aan de alvleesklier zoveel mogelijk verkleinen, zodat het aantal geschikte donororganen toeneemt. Tijdens een donatieprocedure treedt er in verschillende stappen schade op aan de organen, zegt Leuvenink. Risico op schade start al bij het overlijden van de donor. Vervolgens worden de organen op de operatiekamer gekoeld, uit het lichaam genomen en in een piepschuimdoos op ijs getransporteerd naar het ontvangend ziekenhuis. Hier worden ze aangesloten op de bloedvaten van de ontvanger, waarna er weer warm bloed door het orgaan stroomt. Dat moet anders kunnen, vonden de Groningse onderzoekers. Een alternatief voor de piepschuimdoos is de zogenoemde machineperfusie, een methode die is afgekeken van de hart-longmachine. Als je het te transplanteren orgaan na uitname kunt aansluiten op zo n soort machine, verklein je de kans op schade. Wanneer een orgaan afkoelt, daalt het metabolisme tot ongeveer tien procent. De organen hebben dan dus nog steeds zuurstof en voedingsstoffen nodig. Met een pomp kun je het orgaan continu doorspoelen met een vloeistof naar keuze, en het bovendien op de gewenste temperatuur houden. Een oxygenator levert zuurstof. Je zou zelfs medicijnen kunnen geven of het orgaan kunnen repareren, zegt Leuvenink. 20

23 Pomp houdt donoralvleesklier in vorm Een alvleesklier die is aangesloten op de pomp. Deze voorziet hem van zuurstof en nutriënten, waardoor het orgaan in betere conditie blijft. De eerste proeven met varkensalvleesklieren waren succesvol. Ook bij afgekeurde menselijke donoralvleesklieren testte Leemkuil wat de pomp voor effect had op het weefsel, en vergeleek dat met het weefsel van alvleesklieren die op de conventionele manier bewaard werden. Het pompsysteem bracht geen schade toe aan het weefsel van de alvleesklieren en de vitaliteit was groter: ze bevatten meer ATP, de drager van energie in een cel. Inmiddels wordt het effect van de pomp op de kwaliteit van de eilandjes van Langerhans na isolatie onderzocht, in een samenwerkingsverband met het Leids Universitair Medisch Centrum. Soms moet een patiënt maanden in het ziekenhuis blijven. Sluit je een orgaan meteen aan op een pomp, dan kun je er ook eerst tests op uitvoeren voor je hem transplanteert. Leuvenink: Als je een oude auto koopt, wil je ook zeker weten dat de motor goed is. Van een donororgaan dat in een piepschuimdoos binnenkomt weet je niets. Het is dus heel relevant om het orgaan eerst op de testbank te leggen. Bij een alvleesklier wil je natuurlijk weten: produceert hij wel insuline? Voor de nier, de lever en longen bestaat zo n pomp al langer. Machineperfusie bij de alvleesklier is een nog onontgonnen expertise. Leemkuil heeft binnen DCTI gewerkt aan een prototype voor de pomp, gebruikmakend van bestaande apparaten voor de nier. We hebben gemerkt dat deze pomp niet geschikt is voor een alvleesklier en nog aanpassingen behoeft, maar eerst wilden we testen of een dergelijke opstelling überhaupt effect heeft voor dit orgaan. Als het veilig lijkt, dan kunnen we een pomp ontwikkelen specifiek voor de alvleesklier. Het principe werkt. Dat was de eerste stap, zegt Leemkuil. Maar we kunnen de methode nog niet aan iedereen adviseren. Er moet nu eerst een specifieke pomp komen voor de alvleesklier, waarbij we de instellingen kunnen toespitsen op de wensen van het orgaan. Ook logistiek zijn er nog wat haken en ogen: zodra een chirurg een donoralvleesklier uitneemt, moet iemand het orgaan op de pomp aansluiten. De pomp reist vervolgens mee naar de ontvanger van het orgaan maar mag dat wel in het vliegtuig? Wie gaat er dan mee? Dat soort kwesties moeten we eerst oplossen, zegt Leuvenink. Als die alvleesklierpomp er eenmaal is, kan hij wellicht ook worden gebruikt bij de transplantatie van eilandjes van Langerhans. De verwachting is dat de eilandjes van een op de pomp aangesloten alvleesklier een betere conditie hebben. Dat is gunstig, want losse eilandjes functioneren minder goed dan een hele alvleesklier. Daarom zijn er voor transplantatie nu eilandjes van twee of drie donoren nodig. Leuvenink: We willen proberen om met de pomp de conditie van de alvleesklier en dus de kwaliteit van de eilandjes beter te maken, zodat we met één alvleesklier toekunnen. 21

24 Discussie Eerste tests versus laatste strohalm Voor patiënten die hun glucosegehalte maar niet onder controle kunnen krijgen, is elke nieuwe vorm van therapie een laatste strohalm. Maar hoe ga je daar als arts en wetenschapper mee om? Wanneer is toepassen veilig genoeg om de patiënt erbij te betrekken? Eelco de Koning, hoogleraar Diabetologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum, legt uit. 22

25 tekst: Elles Lalieu beeld: LUMC Na transplantatie werken de eilandjes van Langerhans nog niet optimaal. Waarom wordt die behandeling toch uitgevoerd? Omdat behandeling vaak wel effectief is. De eerste eilandjestransplantatie werd uitgevoerd in de jaren tachtig. En inmiddels is die behandeling wereldwijd zo n tot keer gedaan. De behandeling verbetert een moeizame glucoseregulatie bij de patiënt, al zijn er wel bijwerkingen zoals infecties of een verhoogd risico op bepaalde vormen van huidkanker. We willen de behandeling op dit moment verbeteren door het gebruik van dragermaterialen. Wat is dan het grote verschil? Wat we nu doen is eilandjes uit de alvleesklier van een donor isoleren en proberen die in leven te houden, totdat ze een paar dagen later worden getransplanteerd. Eigenlijk doe je verder niks bijzonders met de cellen. Stamcellen moeten zich eerst delen, zodat je er lekker veel van krijgt. En dan kun je ze met behulp van groeifactoren laten uitrijpen. Stamcellen blijven langer in kweek dan donorcellen en kunnen tijdens die kweekperiode allerlei veranderingen ondergaan, ook genetische veranderingen. En die dragermaterialen kun je zomaar op de mens uitproberen? Nee, dat kan niet. Dat zal moeten gebeuren in een onderzoekssetting, met toestemming van de medisch-ethische commissie van het ziekenhuis. Binnen DCTI hebben we de dragermaterialen getest in kleine proefdieren. Nu zullen we de effectiviteit en de veiligheid nog moeten aantonen in grotere proefdieren, zoals bijvoorbeeld varkens. Pas als die tests succesvol zijn, kun je de behandeling toepassen bij patiënten. Hoe zou zo n eerste toepassing eruit kunnen zien? We zouden de meeste eilandjes via de gangbare methode in de lever kunnen transplanteren. En daarnaast een klein gedeelte van de eilandjes in dragermaterialen ergens anders transplanteren, bijvoorbeeld onder de huid. Dan krijgen patiënten de reguliere behandeling en kunnen we ook zien hoe eilandjes in dragermaterialen zich gedragen in het menselijk lichaam. En wat heeft dat voor gevolgen voor het testen op mensen? Het betekent dat je het celproduct heel goed moet testen. Je moet bijvoorbeeld aantonen dat je tijdens het kweken geen kankercellen aan het maken bent. Behandeling met stamcellen is daarom iets voor de verdere toekomst. Als het er ooit van komt. Want kankercellen, dat klinkt best riskant. Er zijn niet genoeg donoren om iedereen met diabetes type 1 te kunnen behandelen. Dus als we meer willen doen dan symptoombestrijding met insuline-injecties, maar een definitieve oplossing willen creëren, moeten we naar andere celbronnen toe. Dat kan niet anders. Belangrijk is wel dat patienten bij onderzoek naar een nieuwe behandeling altijd toestemming moeten geven. Van tevoren zullen ze heel goed geïnformeerd worden over de mogelijke risico s. En de celproducten moeten uitermate goed getest zijn op veiligheid. Nu is er vanwege het donortekort ook sprake van een mogelijke behandeling met stamcellen. Geldt daarvoor dezelfde procedure? De verschillende dragermaterialen zijn al door instanties goedgekeurd voor gebruik in de mens. Dat is ook één van de redenen dat we bij aanvang van het onderzoek voor deze materialen hebben gekozen. Als je stamcellen gaat toevoegen, begeef je jezelf op een heel ander terrein. Wat is de huidige stand van zaken? In Engeland is inmiddels één op de zes ziekenhuisbedden bezet door behandeling van complicaties bij patiënten met diabetes. Een echte oplossing zou dan ook zeer welkom zijn. Maar, zoals bij al het medisch wetenschappelijk onderzoek, is dit geen kwestie van weken of maanden maar een kwestie van jaren. Patiënten zullen dus geduld moeten hebben voordat ze zich aan deze strohalm kunnen vastklampen. 23

26 is een onderzoeksinitiatief om bètacel-vervangende therapie te verbeteren en deze therapie beschikbaar te maken voor patiënten met falende bètacellen. Deze patiënten hebben diabetes ontwikkeld doordat de bètacellen in de eilandjes van Langerhans geen insuline meer produceren. De belangrijkste onderzoeksdoelen zijn; de beschikbaarheid te verhogen van eilandjes van Langerhans; factoren identificeren die getransplanteerde eilandjes langer laten functioneren en overleven; en alternatieve locaties voor transplantatie te benutten met behulp van biomaterialen. Partners Diabetes fonds Polyganics Xpand Biotechnology bv Galapagos Universitair Medisch Centrum Groningen University of Twente Leids Universitair Medisch Centrum Contact: Eelco de Koning, Aart van Apeldoorn,

27 Colofon Redactie 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, Science Center NEMO Coördinatie Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, Kennislink Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met Science Center NEMO (uitgever van Kennislink.nl) en Margot Beukers (DCTI). 25

28