De levensduur van humane neutrofiele, eosinofiele en basofiele granulocyten onder homeostatische en

  • Naam promovendus: prof L. Koenderman
  • Instituut Universiteit: Leo Koenderman

De resultaten van onze studie zullen bijdragen aan een verbeterd inzicht in de verstoringen die optreden in de levenscyclus van deze cellen in astmapatiënten. Hierdoor zullen we ook beter in staat zijn resultaten te interpreteren die verkregen zijn uit interventiestudies die ontworpen zijn om de aanmaak en overleving van deze cellen in astmapatiënten te blokkeren en zullen nieuwe studies met eenzelfde vraagstelling in beter perspectief geanalyseerd kunnen worden. En last but not least; deze kennis zal ook van groot belang zijn voor de inzichten in andere chronisch inflammatoire ziekten.

Allergisch astma is een zeer veel voorkomende chronische ontstekingsziekte van de luchtwegen. Ondanks het feit dat de behandeling in de afgelopen 20 jaar sterk is verbeterd, is astma nog steeds niet te genezen. De behandeling leidt tot klinische verbetering maar remt het onderliggende ziekteproces (chronische ontsteking) niet voldoende waardoor de ziekte bij de meerderheid van de patiënten maar gedeeltelijk onder controle is. Daarnaast reageert een deel (+/- 15%) van de astmapatiënten slecht op de behandeling. Er is dus nog steeds een grote behoefte om nieuwe manieren van behandeling te ontwikkelen die allergisch astma beter onder controle te krijgen en/of die om de patiënten die niet reageren op de huidige therapie kunnen helpen.
Een belangrijke complicatie in de ontwikkeling van potentiële nieuwe medicijnen is het gebrek aan kennis over basale kenmerken van de cellen die de chronische ontsteking veroorzaken: hoe snel worden ze gemaakt, hoe lang blijven ze in bloed en weefsel en waar worden ze opgeruimd. In de wetenschappelijke literatuur is hierover opmerkelijk weinig te vinden. Vroege studies uit de jaren 60 en 70 hebben met inadequate methodiek de levensduur van granulocyten bepaald die nog steeds in de huidige tekstboeken staat vermeld.
Er is een nieuwe en veilige methodiek ontwikkeld die het mogelijk maakt om de levensduur van alle kernhoudende cellen te bepalen. Hierbij wordt vrijwilligers gevraagd om 2H2O te drinken of 2H-glucose te eten. Deuterium (2H) is een van nature voorkomend stabiel (niet radioactief!) isotoop van waterstof, dat met behulp van massaspectrometrie kan worden onderscheiden van gewoon waterstof. Na inname worden het water en glucose normaal gemetaboliseerd en wordt 2H ingebouwd in het DNA van cellen die zich vermenigvuldigen. Door de snelheid te bepalen waarmee 2H wordt ingebouwd in het DNA tijdens aanwezigheid van 2H en weer verloren gaat wanneer de inname van 2H wordt gestopt kunnen zeer accuraat de productie- en sterftesnelheid van witte bloedcellen worden bepaald.
In preliminair onderzoek hebben we kunnen aantonen dat de levensduur in bloed van een van de effectorcellen, de neutrofiele granulocyt, veel langer is dan ooit aangenomen (3.7 dagen i.p.v. 6-12 uur). Deze bevinding heeft belangrijke implicaties voor de inzichten over de functie van deze cellen in modulatie van het immuunsysteem. De levensduur van eosinofiele en basofiele granulocyten is onbekend en is onderwerp van de huidige studie. De hypothese die wordt getest is dat de levensduur van deze cellen sterk wordt beïnvloed door de staat van de ziekte.
De resultaten van onze studie zullen bijdragen aan een verbeterd inzicht in de verstoringen die optreden in de levenscyclus van deze cellen in astmapatiënten. Hierdoor zullen we ook beter in staat zijn resultaten te interpreteren die verkregen zijn uit interventiestudies die ontworpen zijn om de aanmaak en overleving van deze cellen in astmapatiënten te blokkeren en zullen nieuwe studies met eenzelfde vraagstelling in beter perspectief geanalyseerd kunnen worden. En last but not least; deze kennis zal ook van groot belang zijn voor de inzichten in andere chronisch inflammatoire ziekten.

Abstract

Allergic asthma is a chronic inflammatory pulmonary disease for which no cure is available and long term treatment is indicated. Surprisingly little progress has been made in the development of novel treatment strategies. This is mainly caused by the lack of knowledge regarding the pathological mechanisms underlying chronic asthma. This is illustrated by the difficulties in explaining seemingly paradoxical findings obtained in anti-IL-5 (mepolizumab) trials. Anti-IL-5 diminishes production of eosinophils in the bone marrow within 2 weeks, but only long term treatment (> 9 months) with anti-IL-5 showed clinical efficacy in a certain phenotype of asthma.

One important caveat in understanding asthma pathogenesis is the lack of knowledge regarding the production and survival of inflammatory effector cells. This has not been adequately addressed because of a lack of good methodology. The consensus in literature is that granulocytes are very short lived (with circulatory half lives <24 hrs) and are continuously produced by the bone marrow and die by apoptosis in tissue. These insights in humans are based on ex vivo labelling of cells with (radioactive) tracers before reinfusion into the body. However, this methodology is flawed by the fact that in vitro manipulation activates granulocytes and significantly affects the homing behaviour of cells, thereby leading to underestimation of the half lives of non-touched cells.

In the current project we will use a highly sophisticated technique to track untouched, inflammatory granulocytes in vivo in humans which allows for studying cell dynamics in inflammation.Granulocytes (neutrophils, eosinophils and basophils) will be labelled in vivo by incorporation of the stable isotope 2H into the DNA of progenitor cells. This labelling is achieved by having healthy and asthmatic donors drink 2H2O for 3 weeks (for cells with relatively slow turnover) or eat 2H-glucose for 8 hrs (for cells with relatively rapid turnover). Hereafter, small blood samples will be taken and different cell populations will be obtained by high performance cell sorting. DNA of these cells will subsequently be isolated and the relative content of 2H/1H will be determined by a combination of gas-chromatography and mass spectrometry (GC-MS). In combination with mathematical modelling, this allows for determination of life spans of cells in peripheral blood. To study the half lives of eosinophils and neutrophils in tissue we will isolate granulocytes from induced sputum before and after allergen challenge with similar technology.

The project allows for detailed analysis of production and loss rates of the different granulocyte populations and will allow us to test the hypotheses that eosinophils and basophils are long lived (>3 months) cells in the tissue and that these cells have the capacity to recirculate to other locations in the body. This knowledge is essential to target and understand therapeutic strategies aimed at modulation of production and survival of neutrophils, eosinophils and basophils.

  • Bedrag:
    -240.150,00
  • Looptijd:
    4 jaar,
  • Soort subsidie:
    Research Project
  • Andere aanvragers/partners:
    Dr K. Tesselaar
    Dr J. Borghans
  • Projectnummer:
    3.2.10.052