Cover Page. Author: Rothuizen, Carolien Title: Tissue engineered blood vessels for hemodialysis vascular access Issue Date:

Transcriptie

1 Cover Page The handle holds various files of this Leiden University dissertation Author: Rothuizen, Carolien Title: Tissue engineered blood vessels for hemodialysis vascular access Issue Date:

2 8

3 For a movie on Youtube:

4

5 De nieren zijn van levensbelang. Ze filteren afvalstoffen uit het bloed, reguleren de vochten zouthuishouding en de bloeddruk en spelen een rol in de botstofwisseling en bij de aanmaak van rode bloedcellen. Als patiënten een ernstig gestoorde nierfunctie hebben is daarom een therapie nodig die de nierfunctie kan vervangen. Bij voorkeur is dit een niertransplantatie, maar veel patiënten zijn ondermeer door het tekort aan donornieren afhankelijk van een kunstnier; de zogenaamde dialyse. Bij hemodialyse filtert een kunstnier in een machine het bloed van de patiënt. Deze machine neemt daarmee een deel van de nierfunctie over. Het bloed van de patiënt moet naar de machine worden vervoerd om gezuiverd te kunnen worden en moet na zuivering weer terug worden vervoerd naar de patiënt. Hier is een speciale vaattoegang voor nodig. Deze vaattoegang heet een shunt. De shunt moet oppervlakkig liggen om goed bereikbaar te zijn. Daarnaast moet hij voldoende stevig zijn om herhaaldelijk aan te kunnen prikken (gemiddeld 3x per week). Bovendien moet de shunt een hoge bloedflow bevatten om efficiënt te kunnen dialyseren. Om dit te bereiken wordt de shunt aangelegd tussen een arterie (slagader) en een vene (ader) in de arm. De shunt kan op twee manieren worden aangelegd. Het uiteinde van een vene kan direct aan de zijkant van een arterie worden verbonden. Dit heet een arterioveneuze fistel (AVF) en is de therapie van eerste keus. Als alternatief kan de arterie met de vene worden verbonden door er een synthetisch buisje tussen te plaatsen. Dit heet een arterioveneuze graft. In beide gevallen wordt er een aftakking gemaakt waardoor het bloed van de arterie naar de vene zal stromen. Door het creëren van deze aftakking treden er hemodynamische veranderingen op in de arterie en in de vene. Als gevolg hier van ondergaat de vene een reeks van veranderingen. Hierbij wordt de wand van de vene steviger en dikker en de diameter groter. Dat proces heet maturatie, oftewel rijping van de shunt. Om de shunts te kunnen gebruiken voor hemodialyse moeten deze voldoende rijpen. Helaas rijpen veel arterioveneuze fistels onvoldoende om ze als vaattoegang voor hemodialyse te kunnen gebruiken. Een groot onderzoek heeft aangetoond dat tot 60% van de arterioveneuze fistels onvoldoende rijpt om ze voor hemodialyse te gebruiken. Daarnaast ontstaan op langere termijn vaak vernauwingen in de shunts, waardoor de shunts niet meer bruikbaar zijn. Tot op heden is hoofdzakelijk veel onderzoek gedaan naar de oorzaak en de behandeling van vernauwingen in de vaattoegang. Het onvoldoende rijpen van de vaattoegang lijkt echter een zeker zo belangrijk probleem. Er is momenteel geen goede oorzakelijke behandeling voor deze problemen. De bovenstaande problematiek wordt beschreven in hoofdstuk 1. Tissue engineered bloedvaten zouden een goede oplossing voor bovenstaande problemen kunnen vormen. Tissue engineering is een techniek waarmee weefsels en organen worden gekweekt. Omdat de tissue engineered bloedvaten op maat kunnen worden gemaakt, kan het bloedvat precies aangepast worden aan de patiënt. Bovendien worden nieuwe gezonde bloedvaten gemaakt, in tegenstelling tot de bestaande technieken waarbij vaak reeds aangetaste natieve bloedvaten van nierpatiënten worden gebruikt. Om deze redenen bieden tissue engineered bloedvaten een theoretisch voordeel. Bij veel methoden van tissue engineering worden bloedvaten in 8 175

6 8 het laboratorium gekweekt. Dit gebeurt in bijzonder steriele omstandigheden, met behulp van cellen die op een kunststof mal worden gezaaid. Deze methode is kostbaar en neemt veel tijd in beslag. In dit proefschrift wordt gebruikt gemaakt van een andere methode, waarbij het bloedvat in het lichaam zelf in enkele weken wordt gekweekt (Fig.1). Hierbij wordt gebruik gemaakt van de afweerreactie van het lichaam tegen synthetisch materiaal. Er wordt een cilindervorming staafje net onder de huid geplaatst. Dit lokt een ontstekingsreactie uit, waarbij het staafje in een paar weken tijd omkapseld wordt met weefsel. Als vervolgens het plastic staafje wordt verwijderd, blijft een buisvormige weefselcapsule over. Deze weefselcapsule vormt de basis van het tissue engineered bloedvat. Het weefsel bestaat grotendeels uit essentiële bouwstoffen van normale bloedvaten. De weefselcapsule wordt vervolgens in de bloedbaan getransplanteerd, bijvoorbeeld als arterioveneuze graft. Het kan zich door de hemodynamiek verder ontwikkelen tot een volwaardig bloedvat. Hiermee is de patiënt als het ware engineer van zijn eigen bloedvat. Het boven beschreven cilindervormige staafje is niet zomaar een plastic buisje. Het type materiaal (dus het soort plastic), en de structuur van de oppervlakte bepaalt de samenstelling van het weefsel dat om het staafje groeit. Daarnaast kan door coating van het staafje met groeifactoren de juiste type cellen aangetrokken worden, cel differentiatie geïnduceerd worden en aanmaak van relevante eiwitten gestimuleerd worden. Omdat niet op voorhand bekend was welk type materiaal en oppervlakte structuur het meest ideale weefsel vormt, moest dit getest worden. In hoofdstuk 2 zijn verschillende soorten staafjes ontwikkeld en in vitro met celkweek getest, en in hoofdstuk 3 zijn deze staafjes in ratten geïmplanteerd om de weefselreactie te bestuderen. Uit deze experimenten blijkt dat het goed mogelijk is om de weefselrespons door middel van het implantatiemateriaal te sturen. Staafjes gemaakt van de copolymeer PEOT PBT, waarbij de oppervlakte was geëtst met chloroform lokten de beste weefselreactie uit. In hoofdstuk 4 zijn deze best functionerende staafjes opnieuw geïmplanteerd, maar dan in varkens. Vervolgens zijn de gekweekte weefselcapsules in hetzelfde varken in de bloedbaan gezet. Hierbij is een stuk van de halsslagader verwijderd en vervangen door het tissue engineered bloedvat. Na 4 weken in de bloedbaan ontwikkelde het weefsel zich richting een natief bloedvat. Na 4 weken waren 87,5% (7/8) van de tissue engineered bloedvaten nog werkzaam en open. Het tissue engineered bloedvat mist nog een belangrijk eiwit, namelijk elastine. Elastine is belangrijk voor de elasticiteit van het bloedvat en speelt een rol in het voorkomen van vernauwingen in bloedvaten. In hoofdstuk 5 zijn verschillende elastine bevorderende stoffen getest op vier elastine synthetiserende celtypen die voorkomen in bloedvaten (arteriële en veneuze fibroblasten en gladde spiercellen). Tot op heden waren zowel de elastine bevorderende stoffen als de vier elastine synthetiserende cellen nooit onderling met elkaar vergeleken. Uit dit onderzoek blijkt dat met name het remmen van microrna29, dat betrokken bij de posttransciprionele elastine regulatie, de elastine aanmaak kan bevorderen in veneuze fibroblasten. 176

7 8 Fig. 1. Schematisch overzicht van vascular tissue engineering methode. Een synthetisch staafje wordt onderhuids in de arm geïmplanteerd. Dit staafje wordt omkapseld met weefsel. Na verwijdering van het staafje, wordt de weefselcapsule in de bloedbaan getransplanteerd en kan het verder ontwikkelen tot volwaardig bloedvat. Daarna kan het gebruikt worden voor dialyse. Dialyse patiënten hebben een sterk verhoogde (cardiovasculaire) mortaliteit. Afwijkingen in het genetisch profiel kunnen dit toch al verhoogde risico bij dialysepatiënten verder versterken. Een voorbeeld van deze afwijkingen in het genetisch profiel zijn single nucleotide polymorphisms (SNPs). Dit zijn variaties in het DNA van slechts 1 nucleotide lang. In hoofdstuk 6 wordt gekeken naar de associatie tussen SNPs in cardiovasculair betrokken genen en mortaliteit in dialyse patiënten. Uit deze studies blijkt dat een SNP in het VEGF gen geassocieerd is met mortaliteit bij dialyse patiënten. VEGF is een eiwit betrokken bij veel (cardio)vasculaire processen zoals angiogenese, arteriogenese, vasculaire permeabiliteit en endotheelcel proliferatie en migratie en speelt zodoende een belangrijke rol in cardiovasculaire homeostase. 177

8 8 Het is daarom niet verwonderlijk dat een SNP in het VEGF gen geassocieerd is met een toegenomen mortaliteit. Ten slotte geeft hoofdstuk 7 een beschouwing van alle studies die in dit proefschrift zijn beschreven en bediscussieerd het onderzoek. Concluderend is vaattoegang de Achilles hiel van hemodialyse. Tissue engineered bloedvaten zouden een oplossing kunnen bieden voor een aantal tot op heden onoverbrugbare problemen. Het onderzoek in dit proefschrift legt de basis voor de ontwikkeling van een in vivo tissue engineered bloedvat en draagt hiermee bij aan verbetering van de hemodialyse behandeling. Vervolg onderzoek naar tissue engineered bloedvaten in combinatie met beter begrip van de onderliggende vasculaire pathofysiologie zal hopelijk de levensduur van shunts verlengen en de klinische zorg voor dialyse patiënten bevorderen. 178

9