The vascular endothelial barrier as integrator

  • Naam promovendus: De heer R. szulcek
  • Instituut Universiteit: Robert szulcek
  • Datum van promotie: 05-08-2016
  • Proefschrift afgesloten

Ons onderzoek richtte zich op de vraag waarom de bloedvaten van PAH patiënten blijkbaar niet in staat zijn om zich aan een verhoogde bloedstroom aan te passen. Deze vraag hebben wij onderzocht in een translationele aanpak en in nauwe samenwerking met de klinische (longziekten, pathologie, chirurgie) en preklinische (fysiologie) afdelingen van het Vrije Universiteit Medisch Centrum (VUmc) in Amsterdam. Bij aanvang van het onderzoek was er in Nederland nog nooit een kweek verricht van endotheelcellen uit de longen van patiënten met PAH. Met de hulp van patiënten, hun families, de patiëntenorganisatie ‘Hart voor Longen’, het longfonds en het longtransplantatie centrum van het Universitair Medisch Centrum Groningen hebben we een biobank opgezet dat endotheelcellen verzameld van PAH patiënten.

Hoe bloedvaten zich aanpassen aan mechanische krachten
Het endotheel is een dynamische cellaag die de binnenbekleding vormt van het hart en alle bloedvaten. De endotheelcellen waaruit deze binnenbekleding is opgebouwd zijn gespecialiseerd in het waarnemen van externe krachten, zoals bijvoorbeeld de krachten die uitgeoefend worden door het langs stromende bloed. Het endotheel zorgt voor een snelle aanpassing van bloedvaten aan veranderingen in deze krachten, zoals een toegenomen bloeddruk of een verandering in bloedstroomsnelheid. In algemene zin kan gesteld worden dat elke verandering in structuur of omgeving van de endotheelcel kan leiden tot ziekte als de aanpassing van endotheelcellen faalt. Ons onderzoek richt zich op de aanpassing van het endotheel op veranderingen in bloedstroom en bloeddruk en een mogelijk falen van deze aanpassing bij patiënten met een ziekte die pulmonale arteriële hypertensie heet.

Wat is Pulmonale Arteriële Hypertensie?
Pulmonale arteriële hypertensie (PAH) is een ziekte van verhoogde druk in de longslagader die leidt een grote fysieke en psychologische belasting van patiënten en hun familie. PAH is een dodelijke ziekte en dysfunctie van het endotheel speelt een centrale rol bij het ontstaan ervan. Deze dysfunctie leidt tot een verminderde doorgankelijkheid van de long voor bloed en overbelasting van het hart, met uiteindelijk hartfalen als gevolg. Een centrale vraag in het wetenschappelijk onderzoek naar PAH is of de ziekte primair ontstaat door overmatig samentrekken van gladde spiercellen in de bloedvaten en daardoor een veranderde bloedstroomsnelheid, of door een kankerachtige woekering van endotheelcellen. De behandeling van PAH, die bestaat uit vaatverwijders, heeft tot beperkte resultaten geleid en heeft de ziekte niet kunnen genezen. Daarom lijkt een aanvullende behandeling gericht op endotheelcel dysfunctie noodzakelijk.

Een veranderde aanpassing aan een verhoogde bloedstroomsnelheid bij PAH
Het is al vele jaren bekend dat een verhoogde bloedstroomsnelheid door de long op termijn kan leiden tot PAH. Echter, een gezonde long past zich gemakkelijk aan een toegenomen bloedstroom aan. Professionele of recreërende duuratleten kunnen vele uren doorbrengen met een 4-voudige toename van bloeddoorstroming in de long doordat endotheelcellen deze toename in bloedstroom waarnemen en het bloedvat kunnen instrueren om zich te verwijden. Het is duidelijk dat een hoge bloedstroom alleen niet kan leiden tot PAH. Ons onderzoek richtte zich op de vraag waarom de bloedvaten van PAH patiënten blijkbaar niet in staat zijn om zich aan een verhoogde bloedstroom aan te passen. Deze vraag hebben wij onderzocht in een translationele aanpak en in nauwe samenwerking met de klinische (longziekten, pathologie, chirurgie) en preklinische (fysiologie) afdelingen van het Vrije Universiteit Medisch Centrum (VUmc) in Amsterdam.

Een biobank van cellen en weefsels van patiënten met zeldzame ziekten in het VUmc
Bij aanvang van het onderzoek was er in Nederland nog nooit een kweek verricht van endotheelcellen uit de longen van patiënten met PAH. Met de hulp van patiënten, hun families, de patiëntenorganisatie ‘Hart voor Longen’, het longfonds en het longtransplantatie centrum van het Universitair Medisch Centrum Groningen hebben we een biobank opgezet dat endotheelcellen verzameld van PAH patiënten.

Een verhoogde bloedstroom brengt een specifieke endotheelcel disfunctie aan het licht
Een van onze eerste experimenten met het unieke PAH patiënten materiaal betrof het kweken van endotheelcellen onder verschillende stroomsnelheden van het kweekmedium. Direct namen wij bij PAH endotheelcellen een verstoorde adaptatie waar bij een verhoogde stroomsnelheid. Een zoektocht naar de oorzaak van deze verstoorde adaptatie leidde uiteindelijk tot een structureel en functioneel defect van het eiwit Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule 1 (PECAM-1). Onder normale omstandigheden is dit eiwit mede verantwoordelijk voor het waarnemen van veranderingen in bloeddoorstroming. Een verstoorde stroom-adaptatie bij PAH patiënten bleek gebaseerd te zijn op een structurele verandering van PECAM-1 als gevolg van de verhoogde aanwezigheid van zogenaamde caspases. Farmacologische blokkade van caspases leidde tot normalisatie van PECAM-1 en stroomadaptatie van PAH endotheelcellen in kweek. Bovendien leidde blokkade van caspases tot een vermindering van structurele vaatveranderingen in een diermodel van ernstige PAH. Deze studie werd door zijn unieke aanpak goed ontvangen in de wetenschappelijke omgeving en leidde tot publicatie in een gerenommeerd medisch tijdschrift. Verder onderzoek zal moeten uitwijzen of normalisatie van PECAM-1 ook bij patiënten mogelijk en zinvol is.

Voortgekomen uit onderzoek 3.3.12.036