Slimme oplossingen voor stamceltherapieën

Stamcellen en regeneratieve geneeskunde

Regeneratieve geneeskunde wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende gebieden van de geneeskunde. Het is gericht op het vervangen of repareren van cellen, weefsels of organen die beschadigd zijn of verloren zijn gegaan door ziekte, letsel of veroudering. Hiervoor gebruiken onderzoekers zogenaamde pluripotente stamcellen. Deze unieke cellen komen van nature voor in het vroege embryo. Het gebruik van pluripotente stamcellen in laboratoria afkomstig van embryo’s roept echter ethische bezwaren op, waardoor ze niet op grote schaal worden toegepast.

Dit veranderde in 2006 met de ontdekking van geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC's). hiPSC's worden in het laboratorium gemaakt door volwassen cellen (zoals huidcellen of bloedcellen) te 'resetten' naar een pluripotente staat, waardoor ze weer in een veel verschillende celtypen kunnen veranderen. hiPSC's kunnen zich bovendien onbeperkt vermenigvuldigen in het laboratorium. Ze zijn daarom een vrijwel onbeperkte bron voor de productie van nieuwe cellen en weefsels naar keuze.

Op naar nieuwe therapieën om eilandjes te vervangen

Door deze unieke eigenschappen hebben hiPSC’s veel potentie voor de behandeling van chronische ziekten. Wereldwijd werken onderzoekers aan methoden om cellen en weefsels die op basis van hiPSC’s worden verkregen, te kweken voor gebruik bij pij patiënten. Françoise Carlotti, groepsleider bij het LUMC, legt uit: “In ons laboratorium richten we ons specifiek op de ontwikkeling en toepassing van deze methoden voor de productie van veilige en effectieve eilandjes uit hiPSC's. Eilandjes vind je terug in de alvleesklier en bevatten insulineproducerende cellen (bètacellen) De bètacellen gaan verloren bij patiënten met diabetes type 1 als gevolg van een auto-immuunreactie. Hierdoor zijn deze patiënten sterk afhankelijk van insulinetherapie waarmee ze hun bloedsuikerspiegel handmatig regelen. De productie van insulineproducerende eilandjes uit hiPSC's – stamceleilandjes - zou een echte gamechanger voor hen zijn, omdat we een onbeperkte voorraad cellen zouden hebben om hun insulineproductie te herstellen.”

Om celtherapieën naar de patiënt te brengen, moeten ze voldoen aan zeer strenge eisen die de veiligheid van het celproduct garanderen. Een belangrijk element is de zuiverheid van de gekweekte cellen. Ondanks het zorgvuldige protocol kunnen er tijdens het kweekproces namelijk ook andere celtypen ontstaan die mogelijk schadelijk zijn voor de patiënt.

Waarom moeilijk doen als het ook makkelijk kan?

Carlotti en haar team ontwikkelden een methode om de zuiverheid van de stamceleilandjes op een eenvoudige manier te verbeteren. Onderzoeker Bahareh Rajaei: “Cellen hebben verschillende dichtheden door variaties in hun inhoud en structuur. Alvleeskliereilandjes hebben bijvoorbeeld een hogere dichtheid dan andere celtypen, omdat ze opslagblaasjes gevuld met insuline hebben. Stamceleilandjes kunnen daarom worden gescheiden van ongewenste cellen door het mengsel te centrifugeren met een dichtheidsgradiënt.” Een densiteitsgradient is een vloeistof die opgebouwd is uit verschillende lagen, elk met zijn eigen dichtheid. Hier worden de cellen aan toegevoegd. Tijdens het centrifugeren bewegen zwaardere cellen naar de bodem terwijl lichtere cellen bovenaan blijven. Op deze manier worden de cellen verdeeld in lagen op basis van hun dichtheid. Na het centrifugeren wordt elke laag afzonderlijk verzameld. “Deze procedure verbetert niet alleen de zuiverheid van de stamceleilandjes, maar maakt ook het uiteindelijke volume dat nodig is om voldoende eilandjes te transplanteren kleiner. Beide leiden tot een veiliger product”, aldus Bahareh.

Het is de eerste keer dat deze methode is gebruikt voor celproducten op basis van stamcellen. Hoewel de methode nu werd gebruikt om stamceleilandjes op te zuiveren, zou deze ook kunnen worden toegepast op andere cellen opgegroeid vanuit stamcellen. De methode is daarom waardevol voor het hele veld van regeneratieve geneeskunde.

Toekomstperspectieven

Om de productie van stamceleilandjes nog verder te stroomlijnen, optimaliseerden Carlotti en haar team ook andere onderdelen van het protocol, zoals de manier waarop de hiPSC's in het laboratorium worden gekweekt tijdens de specialisatie tot insulineproducerende eilandjes.

hiPSC's worden normaal gezien gekweekt in plastic schaaltjes. De cellen groeien dan in een enkele laag op het oppervlak van de schaal. Het aantal stamcelafgeleide cellen is daardoor beperkt tot het oppervlak van de schaal. Carlotti: “We maken de stamceleilandjes nu in spinner flasks – kweekflessen met een roerblad erin. Zo kweken we de eilandjes terwijl ze in de kweekvloeistof drijven. Dit helpt om grotere aantallen insulineproducerende eilandjes te produceren.”

Dankzij de verbeterde methode zetten de LUMC onderzoekers een belangrijke stap in de ontwikkeling van een nieuwe therapie voor type 1 diabetes op basis van stamcellen. Carlotti: “Er zijn hoge verwachtingen voor het gebied van regeneratieve geneeskunde en we zijn enthousiast om deel uit te maken van dit avontuur”.

Wil je meer weten over het onderzoek?

De studie is nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Translational Medicine.

Dit onderzoek is mogelijk gemaakt door het Diabetes Fonds, het RegMedXB consortium, Stichting DON, de Bontius Stichting en het Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine reNEW.