Op weg naar genezing van diabetes type 1

28
DCTI Op weg naar genezing van diabetes type 1

description

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.

Transcript of Op weg naar genezing van diabetes type 1

Page 1: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Op weg naar genezing van diabetes type 1

Page 2: Op weg naar genezing van diabetes type 1
Page 3: Op weg naar genezing van diabetes type 1

Amsterdam 2015

Op weg naar genezing van diabetes type 1DCTI

Page 4: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

InhoudVoorwoord 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

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: www.kennislink.nl/partners/dcti, of een van de thema’s:

www.kennislink.nl/thema/herstellen-met-stamcellen

www.kennislink.nl/thema/medicijnen-op-maat

www.kennislink.nl/thema/zo-goed-als-nieuw

Voor meerinformatie klik op de links en de ikonen

Page 5: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Voorwoord

Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende

resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-

project DCTI. LSH staat voor ‘Life Sciences &

Health’, oftewel de toepassing van de levensweten-

schappen 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 overkoepe-

lend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door een

combinatie van vele partners – waaronder kleine en

middelgrote bedrijven, multinationals, universitaire

en medische onderzoeksgroepen, patiëntenorgani-

saties, 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. Hier-

mee heeft het consortium aangetoond dat het de

onderzoeksgelden optimaal heeft ingezet om bij te

dragen aan het verbeteren van de nationale gezond-

heid, 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 verwonde-

ren over de laatste ontwikkelingen in dit boeiende

vakgebied. Ik wens u dan ook veel leesplezier!

Herman Verheij

L S H - F E S S E C T O R C O Ö R D I N A T O R

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 samenwer-

king daar is Nederland goed in en daar kunnen we

trots op zijn. Daarnaast hebben wij artsen, beleidsma-

kers 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 geïdenti-

ficeerd die de overleving van eilandjes kunnen verbe-

teren. 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 insu-

line producerende cellen maken. Zo staan we klaar

voor bètacelvervangingstherapie op grotere schaal in

de toekomst.

Eelco de Koning

P R O J E C T L E I D E R D C T I E N H O O G L E R A A R D I A B E T O L O G I E A A N H E T L E I D S U N I V E R S I T A I R M E D I S C H C E N T R U M

3

Page 6: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI Introductie

tekst: Elles Lalieu beeld: Parkers

Alles wat we eten wordt in het lichaam omgezet in

glucose: brandstof voor de cellen. Maar de cellen

kunnen die brandstof niet zomaar opnemen. Daar-

voor 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 bèta-

cellen in de eilandjes zijn verantwoordelijk voor de

productie van insuline.

Eén miljoenBij diabetes type 1 valt het eigen afweersysteem de

eilandjes in de alvleesklier aan. Die raken daarbij zo

sterk beschadigd dat ze geen insuline meer produ-

ceren. Glucose kan dan niet meer door de cellen

worden opgenomen en blijft achter in het bloed. Als

dat chronisch gebeurt, kan dat leiden tot complica-

ties als blindheid, nierfalen, hartklachten en ampu-

taties. Diabetes type 2 is een heel ander verhaal: type

2 is een stofwisselingsziekte waarbij het lichaam

langzaam ongevoelig wordt voor insuline, wat onbe-

handeld tot dezelfde problemen kan leiden.

In Nederland leven ongeveer één miljoen mensen

met diabetes. Daarvan zijn er 900.000 met type 2 en

100.000 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.”

TransplantatieHet 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.

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 bloedsuikerspie-

gel 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.

4

Page 7: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Patiënten kunnen in Nederland sinds een paar jaar

een eilandjestransplantatie ondergaan. Daarbij

worden de eilandjes van Langerhans uit de alvlees-

klier van een overleden donor gehaald en inge-

spoten 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.

Cellen verpakkenTransplantatie 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 ver-

pakken, creëer je een

omgeving waarin de

cellen zich zo goed moge-

lijk thuis voelen. Het verlies

blijft dan beperkt.”

Alternatieve bronnenNaast 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 1.600

nieuwe patiënten bij. Daarom is er binnen DCTI

gezocht naar alternatieve bronnen om insuline

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.

5

Page 8: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Infographic

tekst: René Rector beeld: Parkers

DCTI in vogelvluchtBij Diabetes type 1 produceert het lichaam

geen insuline meer. Dat ontregelt de suiker-

huishouding. Het Diabetes Cell Therapy

Initiative (DCTI) speurt naar nieuwe behan-

delmethoden.

Is de alvleesklier defect, dan is transplan-tatie 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.

MaagMaag

Dunne darmDunne darm

Alvleesklier

Eilandje van Langerhans

6

Page 9: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Idealiter transplanteer je niet vanwege een schrijnend donortekort en afstotings-verschijnselen, maar kweek je nieuwe insuline produ-cerende bètacellen. Omdat die nauwelijks te kweken zijn, is gezocht naar alternatieven en kweekmethoden.

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.

BloedvatBloedvat

Alvleesklier

Eilandje van Langerhans

Insuline producerende bètacellen

7

Page 10: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

tekst: Rineke Voogt beeld: Françoise Carlotti

Case study

Bij een type 1 diabetespatiënt zijn de bètacellen,

die verantwoordelijk zijn voor de insulineproductie,

defect of vernietigd. Om toch hun bloedsuikerspie-

gel 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.

Wel kun je ze vervangen. Een patiënt kan een donor–

alvleesklier krijgen, inclusief eilandjes van Langer-

hans 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 donoralvlees-

klieren beschikbaar – te weinig voor de honderddui-

zend Nederlanders met diabetes type 1. Bovendien

wordt het orgaan na transplantatie soms alsnog

afgestoten.

Sinds 2008 worden de eilandjes ook los getrans-

planteerd. Ze worden ingespoten in de poortader

van de lever. De alvleesklier blijft daarbij onaan-

geroerd: de klier ontsteekt snel en voor de functie

van de eilandjes blijkt de lever een prima huisves-

ting te zijn. Alleen: ook hier is een groot tekort aan

donoren, en moet een patiënt medicijnen blijven

slikken tegen afstotingsverschijnselen.

Bètacellen kweken De Leidse onderzoekster Françoise Carlotti en colle-

ga’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

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.

Gezocht: cel voor insulineproductie

8

Page 11: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

links URL

Gezocht: cel voor insulineproductie

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 produ-

cerende bètacellen, maar transformeren spontaan

in een ander type cel die geen insuline meer produ-

ceert. “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 insulineproduc-

tie, 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 oorspron-

kelijke functie. Naar de precieze trigger om de cellen

weer in vorm te krijgen voor insulineproductie is

het nog zoeken.

GroeifactorenRoefs werkt daarvoor samen met het biotechnolo-

giebedrijf 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.

Eilandjes van Langerhans (in rood) kunnen uit de alvleesklier worden geïso-leerd en gescheiden van het overige weefsel. De diameter van een eilandje is ongeveer een tiende millimeter.

9

Page 12: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

tekst Naam

Case study

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 kandidatenVan de 250 donoralvleesklieren die er jaarlijks in

Nederland beschikbaar zijn, worden sommige orga-

nen 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 alvlees-

klier 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 verterings-

sappen die geproduceerd worden door de alvlees-

klier verzamelt en richting de darmen leidt. Die

gangen worden gevormd door zogenoemde ductcel-

len. 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 pro-

ject samenwerkt met promovendus Jeetindra Balak.

Embryonale ontwikkelingHoe 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 specia-

liseren richting bètacel. Dielen: “Het is puzzelen.

We gebruiken wat we weten van embryonale ont-

wikkeling. 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 ter-

mijn ductcellen te kweken in een speciale soort gel,

Een eilandje van Langerhans in de alvleesklier onder de microscoop. Celkernen zijn blauw gekleurd, insuline- producerende cellen (bètacellen) rood en glucagon-producerende cellen (alfacellen) groen.

10

Page 13: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

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.

BioreactorenEen 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 ont-

dekte 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 kun-

nen omkeren zodat een alfacel een bètacel wordt, is

de gedachte, dan biedt dat perspectief voor een alter-

natieve 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 donororga-

nen 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 gespecia-

liseerd 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.”

Gezocht: cel voor insulineproductie

Bètacellen (in groen) kunnen worden gekweekt in een kweekfles, waarbij ze veranderen van iden-titeit. Een kenmerk van deze ‘nieuwe’ identiteit is gekleurd in rood. Celkernen zijn blauw gekleurd.

11

Page 14: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

tekst: Rineke Voogt

Procesverslag

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 vol-

doende bètacellen nodig. Het

ontbreekt aan donormateriaal,

en dus speuren de onderzoekers

naar manieren om nieuwe insu-

line producerende cellen te

maken (zie ook Gezocht: cel voor

insulineproductie). Maar dat is niet

de enige uitdaging: het moet

namelijk niet alleen in een rea-

geerbuisje werken, het moet op

grote schaal. Een gezond persoon

heeft in zijn alvleesklier ongeveer

een miljoen eilandjes van Langer-

hans, die voor zestig procent uit

bètacellen bestaan. Er moet dus

veel gekweekt worden. En daar

komt Xpand in beeld.

Xpand is een biotechnologiebe-

drijf gespecialiseerd in het kwe-

ken van mesenchymale stam-

cellen (die later kunnen specia-

liseren 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 speci-

ale 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.

Najaar 2013

De eerste batch cellen komt uit

Leiden aan bij Xpand. Omdat

volwassen bètacellen niet willen

delen, hebben de Leidse onder-

zoekers bètacellen veranderd:

de “gestripte” cellen produceren

geen insuline meer, maar kunnen

wel delen. Zowel gestripte bèta-

cellen 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 zoge-

noemde “microcarrier”: een

knikker van tweehonderd micro-

meter met eiwitten eromheen,

waarop cellen goed groeien.

Als Tra in een kweekplaat cellen

toevoegt aan medium met micro-

carriers en het medium er na een

poos afhaalt, zijn er amper bolle-

tjes vol cellen te zien: helaas, ze

willen niet hechten.

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.

FO

TO

: X

PA

ND

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen

12

Page 15: Op weg naar genezing van diabetes type 1

Voorjaar 2014 Een doorbraak voor de gestripte

bètacellen: een nieuwe batch

cellen, voorzien van een fl uores-

cerend labeltje, blijken goed te

hechten. Microcarrier CellBind

blaakt van de fl uorescentie, 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 buiten-

gewoon lastige klanten. De popu-

latie cellen die je kweekt is niet

zuiver, het is moeilijk ze te sorte-

ren. 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 enzy-

men 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 kweekfl essen.

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.

20??

De oogst is gelukt! Dus nu op naar

de volgende stap: de cellen kwe-

ken in de bioreactor. Daarin kan

het equivalent van honderd platte

kweekfl essen aan cellen tegelijk

groeien. Tweehonderd miljoen,

als het meezit. Dat zijn genoeg

bètacellen voor tientallen patiën-

ten met diabetes type 1. Althans,

als het lukt om de gestripte bèta’s

weer te veranderen in insuline

producerende cellen. Wordt aan

gewerkt.

FO

TO

: M

AA

IKE

RO

EF

S

FO TO : W

I KIM

ED I A

FO

TO

: X

PA

ND

Opdracht: kweek miljoenen bètacellen

13

Page 16: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI Beeldreportage

Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklierVijftig eurocentIn 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 kun-nen gecontroleerd kleine gaatjes in het materiaal worden aangebracht. Het resultaat is een elas-tisch, 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 transplanta-tie. “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.

tekst: Elles Lalieu beeld: Aart van Apeldoorn

14

Page 18: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Elf kunstmatige alvleesklierenImmunoloog Paul de Vos onderzoekt de effectivi-teit 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 alvlees-klier 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.

beeld: Paul de Vos

16

Page 19: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI Eilandjes transplanteren in een kunstmatige alvleesklier

17

Page 20: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI 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.

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 wei-nig kunnen hebben, in een kunstmatige omgeving te transplan-teren 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 effi ci-ent 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 overle-den 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 kunstma-tige alvleesklier brengen.”

“ Direct na transplantatie in de lever gaat al meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren.”

18

Page 21: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI Interview

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 bloed-

suikerspiegel 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 alvleeskliertransplan-

tatie. 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.

Bij sommige diabetes-type-1-patiënten is het glucosegehalte van het bloed

ondanks insulinebehandeling zo slecht onder controle te houden, dat trans-

plantatie 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.

Pomp houdt donor- alvleesklier in vorm

tekst: Rineke Voogt beeld: Marjolein Leemkuil

DCTI 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.

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 wei-nig kunnen hebben, in een kunstmatige omgeving te transplan-teren 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 effi ci-ent 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 overle-den 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 kunstma-tige alvleesklier brengen.”

“ Direct na transplantatie in de lever gaat al meer dan vijftig procent van de eilandjes verloren.”

19

Page 22: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

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 spijsverterings-

enzymen aanmaken. Als die door schade gaan lekken

in de buikholte van de ontvanger, kunnen ze mogelijk

ook de eigen organen verteren. En ondanks de zorg-

vuldigheid 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 verschil-

lende stappen schade op aan de organen”, zegt

Leuvenink. Risico op schade start al bij het overlij-

den 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 voedingsstof-

fen 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

Page 23: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI Pomp houdt donoralvleesklier in vorm

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, gebruik-

makend 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 speci-

fiek voor de alvleesklier.”

De eerste proeven met varkensalvleesklieren waren

succesvol. Ook bij afgekeurde menselijke donor-

alvleesklieren 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 alvleesklie-

ren 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 Universi-

tair Medisch Centrum.

“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 speci-

fieke 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 wel-

licht ook worden gebruikt bij de transplantatie van

eilandjes van Langerhans. De verwachting is dat de

eilandjes van een op de pomp aangesloten alvlees-

klier een betere conditie hebben. Dat is gunstig,

want losse eilandjes functioneren minder goed dan

een hele alvleesklier. Daarom zijn er voor transplan-

tatie 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.”

Een alvleesklier die is aangeslo-ten op de pomp. Deze voorziet hem van zuurstof en nutriënten, waardoor het orgaan in betere conditie blijft.

“ Soms moet een patiënt maanden in het ziekenhuis blijven.”

21

Page 24: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

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 toepas-

sen veilig genoeg om de patiënt erbij te betrekken? Eelco de Koning,

hoogleraar Diabetologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum,

legt uit.

Discussie

22

Page 25: Op weg naar genezing van diabetes type 1

DCTI

Na transplantatie werken de eilandjes van Langerhans nog niet optimaal. Waarom wordt die behandeling toch uitgevoerd?“Omdat behandeling vaak wel eff ectief is. De eerste

eilandjestransplantatie werd uitgevoerd in de jaren

tachtig. En inmiddels is die behandeling wereldwijd

zo’n 2.000 tot 3.000 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 huid-

kanker. We willen de behandeling op dit moment

verbeteren door het gebruik van dragermaterialen.”

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 eff ectiviteit

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.”

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 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 bij-

zonders 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 donor-

cellen en kunnen tijdens die kweekperiode

allerlei veranderingen ondergaan, ook genetische

veranderingen.”

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 defi nitieve oplossing

willen creëren, moeten we naar andere celbronnen

toe. Dat kan niet anders. Belangrijk is wel dat pati-

enten 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.”

Wat is de huidige stand van zaken?“In Engeland is inmiddels één op de zes ziekenhuis-

bedden 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.”

tekst: Elles Lalieu beeld: LUMC

23

Page 26: Op weg naar genezing van diabetes type 1

Partners

Diabetes fonds www.diabetesfonds.nl

Galapagos www.glpg.com

Leids Universitair Medisch Centrum www.lumc.nl

Polyganics www.polyganics.nl

Universitair Medisch Centrum Groningen www.umcg.nl

Xpand Biotechnology bv www.xpand-biotech.com

University of Twente www.utwente.nl

DCTI 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.

Contact: Eelco de Koning, [email protected], 071-5263964 Aart van Apeldoorn, [email protected], 053-4892153

24

Page 27: Op weg naar genezing van diabetes type 1

ColofonRedactie

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

Page 28: Op weg naar genezing van diabetes type 1