Snelle route naar herstel en groei van luchtwegcellen

In Nederland hebben zo’n 600.000 mensen COPD. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie is longschade door COPD wereldwijd de derde belangrijkste doodsoorzaak. 'Luchtwegaandoeningen komen meer voor dan veel andere ziekten. Toch is er in verhouding weinig geld voor onderzoek', zegt vooraanstaand wetenschapper prof. dr. Sam Janes. 'Daarom ben ik erg blij met het Consortium Longweefselherstel en wil ik daar graag een bijdrage leveren.' Janes werkt als longarts en is hoofd van de long-onderzoeksafdeling van het University College in Londen (VK).

‘We hebben meer kennis nodig’

Aangezien Janes ook werkt ook als longarts, ziet hij veel COPD-patiënten. Voor hen zijn medicijnen beschikbaar, maar veel patiënten ervaren geen verlichting, merkt hij op. 'De gevolgen van het verlies van longcapaciteit is heel triest. Patiënten hebben echt nieuwe therapieën nodig die het verschil maken.'

Mensen met COPD hebben moeite met uitademen, mede doordat hun luchtwegen vernauwd zijn. Dit komt door beschadiging en ontsteking van cellen die onze luchtpijpen bekleden (epitheelcellen). Basaalcellen zijn een bepaald type epitheelcellen en bekleden aaneengesloten als baksteentjes onze luchtwegen. Sommige basaalcellen zijn ook stamcellen: deze kunnen uitgroeien uit tot andere soorten cellen die ook in de luchtwegen zitten. Janes: 'Mijn onderzoek voor het Consortium heeft tot doel medicijnen te vinden die de basaalcellen laten groeien en het stamcelgedrag kunnen sturen. Als dat lukt, kunnen we een manier gaan vinden om de luchtwegen van patiënten te herstellen.'

Jaren onderzoek overslaan

In plaats van nieuwe medicijnen te ontwikkelen, besloot Janes uit te zoeken of er bestaande medicijnen zijn die basaalcellen aanzetten tot groei. 'Na het ontdekken van een nieuwe behandeling, duurt het meestal nog 15 jaar voor er een bruikbaar ​​medicijn is dat bewezen veilig en goedgekeurd is. Dat slaan wij grotendeels over doordat we het proces omdraaien: wij testen medicijnen waarvan al bewezen is dat ze veilig zijn.'

Hiervoor kamde zijn team een databank uit van goedgekeurde maar ongebruikte medicijnen. Dit zijn medicijnen die bijvoorbeeld zijn getest op andere ziektes, maar daarvoor niet blijken te werken. Ze selecteerden meer dan duizend soorten middelen die mogelijk basaalcellen zouden aanzetten tot groei. 'We wilden een manier vinden om op grote schaal te testen. Meer dan duizend soorten middelen in één keer, op weefsels van veel verschillende patiënten. Tot onze opwinding slaagden we daarin en hebben we nu een zogeheten High Throughput Assay.'

Veelbelovende kandidaat-medicijnen

Het was zoeken naar spelden in een hooiberg, maar het team van Janes vond twaalf middelen die veelbelovend zijn als medicijn. Deze blijken namelijk menselijke basaalcellen aan te zetten tot groei. Maar hoe gaat zoiets in zijn werk?

Lab-robot verdeelt medicijnen

Het laboratorium van Janes ontvangt kleine stukjes weefsel uit menselijk luchtwegen. Deze komen van patiënten die een luchtwegoperatie moesten ondergaan en toestemming gaven om weefsel af te nemen. Eenmaal in het lab, wordt het weefsel uiteengebroken tot afzonderlijke cellen. De cellen gaan in een bakje met groeistoffen die vooral de groei van basaalcellen stimuleren. Zo ontstaan organoïden: kleine versies van luchtwegweefsel. 'Als de organoïden groot genoeg zijn, verdeelt een laboratoriumrobot de cellen gelijkmatig over een plaat met daarin 384 hele kleine afzonderlijke putjes.'

Vervolgens verdeelt de robot de verschillende middelen over al die putjes. Na een tijdje zie je dat sommige cellen dood gaan, sommige hetzelfde blijven en sommige in aantal toenemen, vergeleken met de cellen in controleputjes (zonder het geteste middel). Zo vond Janes de twaalf veelbelovende middelen.

Negen van de twaalf succesvol

'We zijn de patiënten die weefsel willen afstaan erg dankbaar', zegt Janes. Daardoor kan Janes uitvinden of de middelen werken bij mensen van verschillend geslacht, leeftijd en die verschillende medicijnen gebruiken. Om dit na te gaan voor elk van de twaalf veelbelovende middelen, zijn zo'n twintig verschillende patiënten nodig. 'Tot nu toe zijn negen medicijnen succesvol gebleven.'

Behandelingen voor patiënten

Janes hoopt dat zijn onderzoek zal leiden tot ten minste twee soorten behandelingen. Een daarvan is de behandeling van acute longbeschadigingen, bijvoorbeeld veroorzaakt door een ontsteking of hete lucht van een brand. 'We willen de basaalcellen in staat stellen te overleven en te groeien in zo'n moeilijke situatie, zodat de longen de kans krijgen zich te herstellen.' Een tweede behandeling is transplantatie van enorme hoeveelheden in het laboratorium gekweekte cellen. 'Beide behandelingen hebben de potentie om binnen vijf tot tien jaar in gebruik te worden genomen.'

Volgende stappen

En wat gebeurt er op korte termijn? 'Best spannende dingen.' De komende twee jaar breidt Janes zijn experimenten namelijk uit naar complexere testsituaties: met meer soorten luchtwegcellen. Hij wil uitvinden welk effect die hebben. 'In het lichaam zijn basaalcellen ook omgeven door veel andere soorten cellen. We willen ontdekken of de middelen nog wel werken, of misschien zelfs beter werken, in een meer realistische testsituatie.'

Ook wil Janes helder krijgen hoe de middelen werken. Welke processen in de cel beïnvloeden ze? En welke processen zijn relevant voor de groei van basaal(stam)cellen? 'Vervolgens kunnen we nagaan of er andere bestaande medicijnen zijn waarvan we al weten dat die deze processen beïnvloeden. Dit kan leiden tot snelle ontwikkeling van nieuwe behandelingen.'

Nauwe samenwerking

De sleutel tot snelle vooruitgang is de nauwe samenwerking met andere wetenschappers van het Consortium Longweefselherstel. De groep van Janes werkt samen met Melanie Könighoff (University of Pittsburgh, VS) omdat zij de complexere testsituatie heeft ontwikkeld die Janes nodig heeft om zijn succesvolle middelen verder in te testen. En een van Janes' onderzoekers heeft gewerkt in het laboratorium van Carla Kim (Boston Childrens Hospital, VS), om na te gaan of de veelbelovende middelen ook werken in speciaal voor transplantatie ontwikkeld weefsel.

Sneller en met plezier

'Omgaan met de briljantste mensen in het veld geeft ons werk geweldige vaart en maakt het beter. Verschillende laboratoria bekijken resultaten vanuit nieuwe invalshoeken. Werken voor het Consortium is ook erg leuk.'

'Het deel van mijn werk dat ik het allerleukst vind, is het opleiden van jonge wetenschappers. Door met hen te discussiëren, ontstaan hele nieuwe ideeën: hun geest staat nog open voor creatieve oplossingen waarmee we moeilijke uitdagingen kunnen overwinnen. Bovendien ontstaat zo een enthousiaste nieuwe generatie wetenschappers, die gaat werken aan meer doorbraken voor toekomstige patiënten.'

LONGFONDS | Accelerate

In het internationale onderzoeksprogramma LONGFONDS | Accelerate, brengen internationale toponderzoekers in rap tempo oplossingen voor chronische longziekten dichterbij. Onder regie van Longfonds werken zij intensief samen om een ​​medische doorbraak voor astma en COPD te realiseren. Dit levert nu al belangrijke inzichten en resultaten op.