Covid-19 loslaten op klompjes hart

| Enith Vlooswijk

Werkt dat oude malariamiddel nou tegen Covid-19, of niet? Om het direct uit te proberen op mensen, is behoorlijk riskant. Onderzoeker Andries van der Meer wil, met partners in onder meer Leiden en Nijmegen, micro-organen op chips gebruiken om snel medicijnen te testen en inzicht te vergaren over het virus.

Photo by: Gijs van Ouwerkerk
Links op de foto: Andries van der Meer.

President Trump heeft zijn mond vol van het malariamedicijn hydroxychloroquine. In Nederland kwam een huisarts in opspraak, omdat hij er zonder toestemming mee experimenteerde. De arts is terecht op zijn vingers getikt: een onbedachtzame toepassing van medicijnen op toch al verzwakte patiënten is levensgevaarlijk, de bijwerkingen kunnen dodelijk zijn. Tegelijkertijd dwingt de coronacrisis tot snelle actie. Andries van der Meer en Robert Passier van de afdeling toegepaste stamceltechnologie, denken dat er een andere, veilige manier is om snel de nodige kennis over het coronavirus op te doen. Door menselijke micro-organen te kweken op een chip (organ-on-a-chip), kunnen wetenschappers medicijnen uitproberen zonder dat er een patiënt aan te pas komt.

Klompjes hart

De naam ‘organ-on-a-chip’ is een beetje misleidend. De ‘organen’ die de onderzoekers opkweken uit stamcellen, zijn pietepeuterige klompjes cellen van een tiende millimeter doorsnede - ongeveer de dikte van een haar. Ze liggen op een plastic plaatje van enkele vierkante millimeters groot. Kleine groeven in het plaatje vormen ‘bloedvaten’ die de klompjes voorzien van vocht en voedingsstoffen. Door een uitgekiende omgeving op de chip gedraagt het klompje zich als een micro-orgaan. Zo kunnen de wetenschappers hartspiercellen kweken die zich continu samentrekken - net als in het hart. Kweek je dezelfde hartspiercellen in een petrischaaltje, dan ontstaat er vormeloze plak cellen die vergeefs aan het petrischaaltje trekken. ‘Maar zet je de cellen tussen buigzame micro-pilaartjes, dan gaan ze zich gedragen als in het hart’, zegt Van der Meer.

'We zaten allemaal thuis, maar iedereen had het gevoel dat we iets met onze modellen moesten doen'

Dat is reuze handig als je wilt onderzoeken hoe dat hart zich onder bepaalde omstandigheden gedraagt. Bijvoorbeeld als het wordt blootgesteld aan hydroxychloroquine - berucht om bijwerkingen aan het hart. Vandaar dat Van der Meer en zijn vakbroeders Albert van den Berg en Berend van Meer van het MESA+ Instituut een paar weken terug virtueel bijeenkwamen om te overleggen hoe zij kunnen bijdragen aan oplossingen in deze coronacrisis.

‘We maken deel uit van een nationaal organ-on-a-chip-consortium, het hDMT’, zegt de onderzoeker. ‘Hier in Twente werken we aan het hart, maar in Leiden werken onze collega’s bij de afdeling Longziekten van professor Pieter Hiemstra aan microscopische longblaasjes met dezelfde aanpak. We hebben ook heel veel samenwerkingspartners in de farmaceutische industrie die onze modellen gebruiken om medicijnen te testen. We zaten allemaal thuis, maar iedereen had het gevoel dat we iets met onze modellen moesten doen. Toen hebben we onszelf de opdracht gegeven: als we nou eens kijken wat we op dit moment op de plank hebben liggen, waar zien we dan een meerwaarde voor vragen die de komende zes maanden spelen rondom de coronacrisis?’

Medicijnen testen

En dus kwam er een plan voor onderzoeksprojecten op de korte en de langere termijn. In Leiden willen de onderzoekers uitzoeken wat er precies gebeurt wanneer het coronavirus de longen infecteert. ‘Als we zo’n virus loslaten in een long-on-chip, zien we dan dat het zich ergens aan gaat hechten, hoe komt het binnen en welke lokale celtypes zijn daar belangrijk bij?’, vraagt Van der Meer. ‘Als we een model gebruiken zonder bloedvat, komt het virus dan nog binnen? Of heeft het die vaatwandcellen juist hard nodig? Dat is een vraag waarover we de komende maanden heel veel informatie kunnen verzamelen.’

'Mocht zich nog eens een uitbraak voordoen met een soortgelijk virus, dan is er een strategie nodig'

In Twente willen de onderzoekers medicijnen, zoals het genoemde malariamiddel, gaan testen op het hartmodel. ‘Wat zijn de risico’s en bij welke doseringen zien we die risico’s? Zijn er manieren om het toe te dienen, zodat de de bijwerkingen zo klein mogelijk zijn? Dat is op korte termijn een vraag waarnaar we willen kijken.’

Een ander onderwerp dat Van der Meer bezighoudt, is dat een deel van de intensive care patiënten met Covid19 problemen heeft aan het hart. In China betrof het een op de vijf patiënten. Bij patiënten die ernstig ziek werden van het eerste Sars-virus was het virus indertijd ook terug te vinden in het hart. Dat leidde tot ontstekingsverschijnselen en uiteindelijk hartritmestoornissen.

‘Mocht zich nog eens een uitbraak voordoen met een soortgelijk virus, dan is er een strategie nodig. Je wilt in kaart brengen welke mensen cardiovasculaire bijwerkingen hebben en waar de aanknopingspunten zijn om de effecten minimaal te houden. Er zijn wel enkele case studies in de literatuur, maar we zouden die graag willen testen op onze mini-hartjes.’

'Internationale afstemming is er niet, iedereen pakt gewoon datgene op wat ze hebben lopen in het lab'

Gouden standaard

De zoektocht naar medische kennis en medicijnen is normaal gesproken een langdurig proces. Medische ontdekkingen worden vaak pas openbaar, wanneer ze na uitvoerige feedback door vakgenoten (peer review) verschijnen in tijdschriften. Het testen van behandelmethodes op mensen gebeurt meestal pas jaren na het eerste onderzoek, na een lang traject van dierproeven en goedkeuring door medisch-ethische commissies. Die ‘gouden standaard’ laten wetenschappers over de hele wereld nu los, merkt ook Van der Meer. ‘Als het ook maar iets te maken heeft met de pandemie, verschijnen artikelen al heel snel in een soort ruwe vorm. Dat is nu natuurlijk de belangrijkste manier om elkaar op de hoogte te houden over wat we aan het doen zijn. Internationale afstemming is er niet, iedereen pakt gewoon datgene op wat ze hebben lopen in het lab en kijken of ze daar iets mee kunnen. Alle kennis is welkom, ook als het maar een of twee patiënten treft. We weten gewoon zo ontzettend weinig over het virus.’

Daar kleven ook risico’s aan, zeker als het gaat over de toepassing van medicijnen. Van der Meer hoopt dat zijn onderzoeksgroep door te testen op micro-organen een extra veiligheidsstap kan toevoegen. Momenteel is het consortium nog op zoek naar financiering. Wanneer die rond is, wil Van der Meer zo snel mogelijk beginnen met het onderzoek.