Door in een laboratorium het mensenhart na te bootsen, en aan het model een eitwit toe te voegen, kan worden gezien hoe een ziekte ontstaat en zich ontwikkelt. Op deze wijze proberen onderzoekers en artsen binnen het Circulatory Health Research Center van het UMC Utrecht kennis te verwerven, om daarmee op den duur eerder vast te stellen dat iemand cardiale amyloïdose heeft die samenhangt met het eiwit transthyretine.
Mensen met cardiale amyloïdose hebben hartklachten en/of neurologische problemen waardoor zij kunnen overlijden. Vroege ontdekking van problemen met het mensenhart zou betekenen: eerder starten met een behandeling en minder schade. Een patiënt met de erfelijke variant van TTR-amyloïdose die werd onderzocht in het UMC Utrecht daarover: “Een MRI-scan heeft uitgewezen dat aansturende zenuwen van mijn hart afwijkingen vertonen die worden veroorzaakt door amyloïdose. Vooralsnog ervaar ik alleen neuropathische problemen. De fijne motoriek is aangetast en ik heb pijn in mijn handen en voeten.”
Mensenhart
Bij amyloïdose is er sprake van neerslag van verschillende zogeheten voorlopereiwitten. Die kunnen zorgen voor stapeling van eiwitten in het lichaam. Hierdoor raken organen en de functie van organen beschadigd. Het mensenhart is meestal een van de organen waaraan je kunt merken dat iets mis is. Het wordt stijver en kan zich moeilijker ontspannen, met bijvoorbeeld vermoeidheid en kortademigheid tot gevolg.
“Ook kunnen geleidings- en ritmestoornissen ontstaan en uiteindelijk is fataal hartfalen mogelijk. Het is een sluipend proces; tussen lichte en ernstige klachten kunnen wel tien jaar zitten”, vertelt Marish Oerlemans, cardiologist en één van de initiatiefnemers. “Hoe vroeger je weet dat iemand de ziekte heeft, hoe vroeger je kunt ingrijpen om verergering te stoppen of in elk geval af te remmen.”
Laboratorium
Een universitair medisch centrum biedt het voordeel dat er behalve artsen ook fundamenteel onderzoekers werken. Zij zijn in staat om bijvoorbeeld in het laboratorium kennis te verwerven die helpt patiëntenzorg te verbeteren. Onder hen is biomedisch wetenschapper Alain van Mil, die leiding geeft aan een onderzoeksgroep binnen het Circulatory Health Research Center. Van Mil en Oerlemans kennen elkaar al jaren.
Van Mil: “Oerlemans vertelde me over de uitdagingen op het vlak van TTR-amyloïdose. Kon mijn onderzoeksgroep misschien celmodellen ontwikkelen om de ziekte beter te begrijpen? Wij zijn in staat menselijk weefsel na te maken en ziekten na te bootsen. We beginnen met een cel van een mens, bijvoorbeeld een bloedcel of huidcel. Die kunnen we her-programmeren tot een geïnduceerde pluripotente stamcel (iPS-cel). Vanuit zo’n cel kun je andere celtypen afleiden. Hartspiercellen bijvoorbeeld.” Het verzoek van Oerlemans mondde uit in de ontwikkeling van 3D-hartweefselmodellen voor TTR-amyloïdose-onderzoek.
3D-hartweefselmodellen van mensenhart
Van Mil: “Bij 2D gebruik je maar één cellaag en één celtype. Een 3D-stukje weefsel benadert het menselijk hart veel meer. Het gaat om 3D-modellen op een chip, zodat je bijvoorbeeld ook circulatie van bloed, met daarin eiwitten, kunt creëren en zien wat daarvan de invloed is op het hart.” Is een model eenmaal gereed, dan kunnen de onderzoekers TTR toevoegen en het effect ervan op het hartweefsel in kaart brengen.
Het onderzoek met de 3D-hartmodellen is mede mogelijk dankzij financiële ondersteuning door farmaceutische firma’s en de Stichting Amyloïdose Nederland. John Rusman is bestuurslid van de stichting: “Iedereen zou blij zijn als de ziekte eerder kon worden vastgesteld. Dat zou pure winst zijn. Vandaar de steun van de stichting.”
Paar millimeter
De modellen zijn minuscuul, mede vanwege de kosten. Het kleinste model is nog geen halve millimeter, het ‘grootste’ een paar millimeter. Van Mil: “In ongeveer drie weken kunnen we kloppende jonge hartspiercellen maken vanuit iPS-cellen. Een hart bestaat niet alleen uit hartspiercellen.
Daarom maken we ook endotheelcellen (laagje cellen aan de binnenkant van hart- en bloedvaten) en fibroblasten (belangrijkste cellen van het bindweefsel). Alle cellen ‘organiseren’ we dusdanig, dat ze gezamenlijk sterk op hartweefsel gaan lijken. We slagen erin binnen een maand zo’n geavanceerd hartmodel te maken.”
Bijzonder spreekuur
Het multidisciplinaire spreekuur voor patiënten met TTR-amyloïdose dat sinds 2019 draait is opgezet om de patiënt centraal te stellen. De patiënt wordt gelijktijdig gezien door een neuroloog, cardioloog en, als het nodig is, hematoloog. Oerlemans: “Inmiddels weten we dat mensen met een vermoeden van TTR-amyloïdose gemiddeld eerder naar ons worden verwezen dan toen het spreekuur er niet was. Ingeval van een diagnose kan de patiënt dus ook eerder worden behandeld voor gezondheidsklachten.”
Drie jaar heeft geleden heeft de Universiteit van Twente (UT) een financiering ontvangen in de vorm van een lening van 250.000 euro voor vroegefaseprojecten. Het bedrijf ontwikkelt 3D-hartmodellen die menselijke hartfuncties betrouwbaar kunnen imiteren
