Het Amsterdam UMC doet onder leiding van prof. dr. Sander Tas al jaren onderzoek naar de toepassing van organoïden en sferoïden binnen de reumatologie. Het doel is om hiermee door RA aangedaan weefsel na te bootsen. Dr. Jan Piet van Hamburg en Eva Philippon zijn hier nauw bij betrokken. Zij hopen met organoïden uiteindelijk effecten van RA-medicijnen te testen en zo beter te voorspellen of een patiënt er baat bij heeft.
Van Hamburg heeft als senior postdoc de dagelijkse leiding over het onderzoek, de uit Frankrijk afkomstige Philippon gaat er binnenkort op promoveren. Samen met onderzoekstechnicus Lisanne van Rooijen en Tas hebben ze een subsidie van 425.000 euro gekregen van ReumaNederland om de toepassing van organoïden bij RA verder vooruit te helpen. Van Hamburg en Philippon leggen allereerst uit wat organoïden zijn en hoe ze geproduceerd worden. “Onze organoïden bootsen zo goed mogelijk inflammatoir gewrichtsweefsel na”, aldus Van Hamburg. “Uit biopten van gewrichtsweefsel van RA-patiënten kunnen we in het lab allerlei soorten cellen afleiden, bijvoorbeeld fibroblasten en imuuncellen; in de toekomst wellicht ook bloedvatcellen, de endotheelcellen. Deze laatste halen we nu nog uit de navelstreng van gezonde donoren. Uit al deze cellen samen kunnen we een organoïde structuur maken, zoals een mini-orgaan; en die structuur lijkt op het oorspronkelijke weefsel waaruit de cellen zijn verkregen.”
Sferoïden en organoïden
Met Tas als eindverantwoordelijke heeft Van Hamburg inmiddels een kleine 10 jaar geleden in Amsterdam de toepassing van 3D-celkweken bij RA opgezet, met name sferoïden en, sinds 1 jaar, organoïden. Ook samen met Tas schrijft hij de subsidieaanvragen hiervoor. “Sferoïden zijn meer een 3D-kweek van fibroblasten en endotheelcellen, die we onder meer gebruiken om angiogenese te bestuderen. Je kunt in dit model ook ontstekingscellen inbouwen en dus ontstekingen bestuderen. Een nadeel van sferoïden is dat ze kleiner en beperkter zijn dan organoïden, waardoor het moeilijker is om de diverse aspecten van synoviale weefselontsteking te bestuderen.”
E.M.L. Philippon MSc, onderzoeker aan Amsterdam UMC
Philippon kwam 4 jaar geleden vanuit Frankrijk naar Amsterdam om er haar promotieonderzoek te doen, dat ze nu bijna heeft afgerond. Ze begon met werken aan een sferoïdemodel van FLS-weefsel van RA-patiënten (RAFLS); en dat doet ze nog steeds. “In 2022 ging ik 2 maanden op werkbezoek bij de Universiteit van Glasgow. Daar heb ik kennisgemaakt met het organoïdmodel voor RA, dat we vervolgens in Amsterdam hebben geïmplementeerd. En nu zetten we dus het al besproken project op waarbij organoïden synoviaal weefsel simuleren.”
Fibroblastachtige synoviocyten
RAFLS wordt een cruciale rol toegedicht bij RA doordat ze cytokines produceren die de inflammatie in stand houden. Philippon: “We beschikken in Amsterdam over een biobank met FLS van mensen met actieve RA. We zetten FLS op kweek om er 2D-cellijnen uit te laten groeien. We voegen er endotheelcellen uit de navelstreng aan toe; het lukt nog niet goed die cellen uit gewrichten te winnen, maar het is de bedoeling dat in de toekomst wel te doen. Verder voegen we vooraf gesorteerde monocyten uit het bloed toe. Deze 3 celtypes plaatsen we in een Matrigel. Dit is een extracellulaire basaalmembraanmatrix waarin de cellen zodanig op elkaar inwerken, dat ze organoïden vormen. Na 15 dagen verzamelen we ze en doen we allerlei analyses. We kunnen organoïden opknippen ten behoeve van beeldvorming; we kunnen ze desintegreren om er celsuspensies van te maken, waarin we met flowcytometrie de expressie van eiwitmarkers kunnen analyseren. Ook kunnen we nog andere uitlezingen doen, bijvoorbeeld aan de hand van RNA-sequencing.”
Proof of principle
Vooralsnog komen de cellen die samen een organoïde vormen uit verschillende bronnen. In het door ReumaNederland gesteunde project wordt geprobeerd alle celtypen die nodig zijn voor organoïden uit het kniegewricht en de lymfeklier van een en dezelfde patiënt te verkrijgen. “Hopelijk kunnen we dan een organoïde reconstrueren die de specifieke kenmerken van de patiënt goed weerspiegelt. Door de organoïde bloot te stellen aan de gangbare RA-medicatie – en in de verdere toekomst wellicht ook experimentele middelen – zou je in principe moeten kunnen voorspellen op welk middel de patiënt het beste reageert. Dit kan verder worden geoptimaliseerd door de combinatie van genetische en fenotypische kenmerken van het biopt mee te nemen, wat een nog nauwkeuriger voorspelling mogelijk maakt van de meest effectieve therapie voor de individuele patiënt.”
Van Hamburg voegt toe dat het project een puur observationeel karakter heeft. “We gaan de behandelstrategie voor de patiënten niet veranderen. Pas aan het begin van de behandeling nemen we biopten. Dan volgen we de patiënten om te zien hoe ze op een bepaalde therapie reageren. Ondertussen laten we op onze organoïden dezelfde behandeling los, naast andere gangbare RA-medicijnen en nieuwe middelen. Uiteindelijk willen we de bevindingen in het lab vergelijken met hetgeen de patiënt in het echte leven ervaart. Hopelijk bevestigen de uitkomsten dat we organoïden kunnen gebruiken om de reactie op een behandeling na te bootsen: een ‘proof of principle’.”
Nauwkeuriger voorspellen
Van Hamburg vat samen: “We beschikken in de kliniek over heel veel heel goede middelen tegen onder meer RA, maar de respons op een specifieke behandeling voorspellen is erg moeilijk. Sommige patiënten hebben het geluk dat de eerste behandelstrategie direct aanslaat, maar bij andere patiënten kan het een uitdagende zoektocht zijn naar een goede behandeling. Daarom is het van cruciaal belang om de effectiviteit te voorspellen. Organoïden hebben daarbij het voordeel dat ze patiëntspecifiek zijn. Uiteindelijk hopen we organoïden ook in te kunnen zetten bij de evaluatie van experimentele medicatie bij RA – en wellicht ook bij andere reumatische aandoeningen zoals spondyloartritis. Daarnaast zouden de organoïden ook als alternatief voor diermodellen kunnen dienen. Organoïden bieden wellicht de mogelijkheid om sneller en nauwkeuriger de effectiviteit en veiligheid van nieuwe middelen te voorspellen dan diermodellen dat kunnen. Dit zou niet alleen de vertaalslag naar de kliniek verbeteren, maar ook dierenleed kunnen voorkomen door het gebruik van minder proefdieren. Het gebruik van organoïden biedt dus zowel wetenschappelijke voordelen als ethische meerwaarde in medisch onderzoek.”
Klinische toepassing
De afdeling reumatologie van het Amsterdam UMC heeft in bijna 20 jaar al veel ervaring opgedaan met het nemen van biopten. Patiënten ervaren deze procedure, onder plaatselijke verdoving, doorgaans niet als erg hinderlijk of pijnlijk. “Desgevraagd hebben de meeste patiënten laten weten, het zo nodig best opnieuw te willen ondergaan”, aldus Van Hamburg. “Het wordt heel redelijk verdragen. Soms ontstaat er iets van een blauwe plek. Er zijn gelukkig opvallend veel patiënten die ons wel willen helpen. Clinici bevestigen dat: de langdurige en behoorlijk pijnlijke ziekte die RA kan zijn, maakt dat patiënten vaak bereid om te helpen wat extra informatie te verzamelen.”
Nog minder belastend is een biopsie uit een kleiner gewricht, zoals een vinger. Dat gebeurt onder meer in Italië, dat leidend is in dit type onderzoek bij reumatische aandoeningen. Van Hamburg: “In de reguliere zorg wordt behalve bloed vaak ook een biopt afgenomen, waarvan de resultaten worden meegenomen in de behandelstrategie. Ik hoop dat de resultaten van dit vierjarige proces zullen aantonen dat we de organoïden daadwerkelijk in de kliniek kunnen implementeren in Amsterdam. Op kortere termijn zullen we wellicht ook horen van andere groepen die zich hiermee bezighouden. Het is echt een groot ding in het veld.”