3D-spiertjes
De spiercellen vormen zich in het malletje om de pilaren heen en ontwikkelen zich tot een mini-spiertje.
)Soms lijkt het werk van de onderzoekers die samenwerken met het Spierfonds een beetje op magie: we kunnen menselijke mini-spiertjes maken in het laboratorium! De reis naar dit wetenschappelijke wonder begint met iets compleet anders: een klein stukje huid. Maar hoe doen de onderzoekers dit precies en waarom willen we mini-spiertjes maken voor mensen met een spierziekte? Roy Augustinus, onderzoeker in het LUMC, neemt ons mee.
Een bijzondere eigenschap
De magie begint met een huidbiopt van de patiënt. De onderzoekers groeien hieruit huidcellen en brengen deze cellen in het laboratorium terug naar de staat waar de cel eigenlijk vandaan komt: een stamcel. Stamcellen hebben een bijzondere eigenschap: ze kunnen zich ontwikkelen tot verschillende soorten cellen van het lichaam, zoals spiercellen, zenuwcellen of bloedcellen.
Het voordeel aan het gebruik van stamcellen? Roy licht toe: “We kunnen oneindig veel stamcellen maken uit slechts één huidbiopt. Deze stamcellen laten we groeien in een incubator. Een apparaat dat de perfecte omstandigheden creëert om cellen te laten groeien, met de juiste temperatuur (37 graden, net als ons lichaam) en vochtigheid. Allerlei omstandigheden waar we rekening mee houden.”
Maar hoe weet een stamcel dan wat het moet worden? Roy vertelt: “Stamcellen ontvangen signalen uit hun omgeving, die ze sturen naar hun toekomstige rol. In het laboratorium kunnen we deze signalen nauwkeurig controleren om stamcellen in de gewenste richting te leiden. In ons lab richten we ons op spierziekten, dus we sturen de stamcellen naar een ontwikkeling als spiercellen.”
De vorming van mini-spiertjes
Als we eenmaal spiercellen hebben ontwikkeld, begint het precisiewerk. Met een pipet brengen we maar liefst 600.000 spiercellen over in een 3D-geprint malletje met twee kleine pilaren (zie onderstaande afbeelding). Hierin groeien de cellen samen, vormen ze één geheel, en ontwikkelen ze zich tot een mini-spiertje dat zich om de pilaren wikkelt. Het resultaat? Een centimeter groot spiertje dat je met het blote oog kunt zien.
Roy vertelt ons dat hij nog steeds versteld staat van de manier waarop losse spiercellen zich in het lab op eigen kracht samenvoegen en werkzaam worden. Zonder de hulp van bijvoorbeeld zenuwcellen, zonder de complexiteit van een heel lichaam – alleen spiercellen die, met de juiste voeding, beginnen te werken. De cellen weten instinctief hoe ze aan elkaar moeten groeien om een werkende spier te vormen.
)Onderzoeker Roy Augustinus
“Dat we in ons lab deze werkende spieren kunnen maken blijft me keer op keer verwonderen.”
)Hij voegt toe: “Wat dit proces bijzonder maakt, is dat we zowel zieke als gezonde cellen kunnen gebruiken. Hierdoor kunnen we zieke spiertjes direct vergelijken met gezonde spiertjes van dezelfde persoon. Dit zorgt ervoor dat we naar de kern van het probleem kunnen kijken, zonder dat verschillen van persoon tot persoon invloed hebben op het resultaat. Dit opent mogelijkheden voor onderzoek en nieuwe behandelingen.”
Use it or lose it
Deze mini-spiertjes kunnen de onderzoekers enkele weken in kweek houden, maar in het begin zijn ze nog ‘onderontwikkeld’. Om spierziekten nauwkeurig in het lab na te bootsen, moeten de onderzoekers deze spiertjes verder ontwikkelen. Dit doen ze niet alleen door ze specifieke voeding te geven, maar ook door ze te trainen – net zoals wij onze spieren moeten trainen om ze sterk te houden.
Onderzoekers in Leiden en Rotterdam behoren tot de koplopers in de ontwikkeling van mini-spiertjes. Nergens in de wereld zijn ze zo sterk als daar, vertelt Roy ons. Roy: “Het is ons gelukt om de spiertjes tot wel twee maanden in kweek te houden, terwijl ze eerder zonder training al na 10 tot 14 dagen verzwakten. Het motto “use it or lose it” geldt ook in het lab!”
Gym voor mini-spiertjes
In een speciaal apparaat kunnen ze wel 24 mini-spiertjes tegelijk laten groeien en trainen. Dit apparaat is ontzettend gevoelig en precies, waardoor zelfs de kleinste veranderingen in de spiertjes nauwkeurig gemeten kunnen worden. Het stelt de onderzoekers in staat om op een efficiënte manier direct de resultaten te zien, waardoor er continu en op elk gewenst moment een schat aan informatie verzameld kan worden. Ze kunnen allerlei verschillende condities en trainingsschema’s tegelijkertijd testen en herhalen, wat van groot belang is bij het testen van medicijnen. En ze zijn bezig om dit aantal op te schalen naar maar liefst 96 spiertjes tegelijk! Hoe meer spiertjes ze tegelijk kunnen testen, hoe sneller ze kunnen ontdekken welke behandelingen het beste werken.
Het ultieme doel: een compleet ziektemodel
In ons lichaam bestaan spieren natuurlijk niet alleen uit spiercellen. Ze bevatten ook andere celtypen, zoals cellen van het afweersysteem, bloedvaten en bindweefsel. Het uiteindelijke doel is dan ook om al deze celtypen te combineren. Door deze verschillende cellen samen te brengen, hopen we in de toekomst een ziektemodel te maken dat zo nauwkeurig mogelijk het menselijk lichaam nabootst. Hoe meer het model op een spier in ons lichaam lijkt, hoe beter we ziektes kunnen begrijpen en behandelen.
Op weg naar een gerichtere en effectieve behandeling
Het feit dat we mini-spiertjes kunnen kweken, is al indrukwekkend op zichzelf. Maar waarom is dit nu zo belangrijk voor mensen met een spierziekte? Door mini-spiertjes te creëren die zijn gemaakt van de cellen van de patiënt zelf, kunnen onderzoekers behandelingen en medicijnen testen op weefsel dat het probleem nauwkeurig weerspiegelt. Dit stelt hen in staat om beter te begrijpen hoe een therapie werkt en biedt hoop op meer gerichte en effectieve behandelingen.
Roy sluit af: “Ik denk ook dat dit de toekomst is. Met deze gepersonaliseerde aanpak kunnen we medicijnen testen op spiertjes die echt van de patiënt zelf zijn, waardoor we per patiënt kunnen bepalen wat het beste werkt. In plaats van een algemene aanpak of direct een patiënt met allerlei medicijnen te behandelen, kun je dit straks eerst in het lab testen. Dit vermindert ook het aantal dierproeven, omdat we werken met echt patiëntmateriaal. Als het daar werkt, dan is de kans groot dat het ook bij de patiënt zelf effectief is.”