Epitheelcellen spelen onmisbare rol in onderzoek naar astma

Epitheelcellen spelen onmisbare rol in onderzoek naar astma

Epitheelcellen bekleden de binnenkant van de luchtwegen en longblaasjes. Ze spelen een belangrijke rol bij astma. Prof.dr. Pieter Hiemstra van het Leids Universitair Medisch Centrum is internationaal erkend expert in het kweken van menselijke epitheelcellen. 'Hiermee kunnen we bestuderen wat er gebeurt bij astma en hoe we dit kunnen voorkomen.' Hiemstra bestudeert met epitheelcellen ook het effect van dieseluitlaatgassen.

Pieter Hiemstra: 'Ik ben van nature heel nieuwsgierig. Als scholier fascineerde het me dat elk levend wezen bestaat uit losse cellen. Hoe kan dat? Hoe werken die samen? Dat wilde ik begrijpen. Nog steeds.' Hij leidt nu een onderzoeksgroep aan het LUMC die onder meer astma bestudeert en deel uitmaakt van het Consortium Astmapreventie.

Geluk

Bij astma ontstaan er blijvende ontstekingen in de longen. Epitheelcellen spelen daarbij een belangrijke rol. Hiemstra: 'We onderzoeken wat er precies gebeurt, en hoe epitheelcellen betrokken zijn bij die ontstekingsreactie. Maar ook hoe het komt dat het ene kind wel astma krijgt en het andere niet. Je kunt dat niet onderzoeken in mensen omdat je daarvoor longweefsel moet bestuderen. Daarom kweken en bestuderen we verschillende soorten epitheelcellen in het laboratorium.' Hiemstra's groep is verbonden aan de kliniek longziekten van het LUMC. De cellen die hij opkweekt, komen uit longweefsel dat bijvoorbeeld bij een operatie is weggenomen bij patiënten. 'Dat we beschikken over menselijke cellen is een groot geluk. De vertaalslag naar een behandeling gaat nu sneller, dan als we met proefdieren zouden werken.'

Dieselmotor

Astma ontstaat door allerlei prikkels die het afweersysteem en de epitheelcellen 'aanzetten'. Ook rook en uitlaatgassen dragen hieraan bij. Hoe dat precies werkt is niet helder. Met steun van Longfonds onderzocht Hiemstra dat. Hij gebruikte daarvoor een dieselmotor van een moderne stadsbus. Met buizen leidde hij de uitlaatgassen naar kweekbakjes waarin menselijk epitheelcellen groeien. Deze werkwijze is uniek. Hiemstra: 'Eerder is onderzocht wat het effect is van bepaalde deeltjes uit uitlaatgassen. Die werden eruit gefilterd, opgelost in een vloeistof en dan in contact gebracht met epitheelcellen. Maar dat bootst de echte situatie niet na. Uitlaatgas van een stadsbus wel: dat ademen mensen echt in.' De celkweken waren bovendien zo gemaakt dat het voor de cellen leek alsof ze in de long zitten. De hoop was dat ze daardoor zouden reageren zoals ze in een echte long doen. Hiemstra: 'Hoe realistischer de testsituatie, hoe waardevoller de kennis die we ermee opdoen. En des te sneller we richting behandelingen komen.'

Die hoop werd bevestigd. De dieseluitlaatgassen veroorzaakten een ontstekingsreactie. Ook werden de epitheelcellen gevoeliger voor infecties. En er kwamen stoffen vrij die ontstaan bij stress en die longweefsel kunnen beschadigen. 'Dit gebeurt in werkelijkheid in longweefsel ook. Dat betekent dat dit een realistisch model is. Daardoor weten we nu beter wat er precies gebeurt. En dat helpt uit te vinden welke kant we uit moeten voor een oplossing.'

Astma voorkomen

In het internationale Consortium Astmapreventie waarvan Hiemstra's groep deel uitmaakt, bracht Longfonds toponderzoekers bij elkaar uit Nederland, België, Duitsland, Engeland en Australië om uit te vinden hoe we astma kunnen voorkomen bij een deel van de kinderen. Er zijn namelijk sterke aanwijzingen dat dit kan met bepaalde natuurlijke stoffen: onbewerkte koemelk, boerderijstof en bepaalde stoffen afkomstig uit parasitaire wormen. Die stoffen lijken het afweersysteem van kinderen minder gevoelig te maken; dat voorkomt ontstekingen en daarmee astma. De toponderzoekers bestuderen nu hoe dit precies werkt om te komen tot behandelingen.

Om astma in de toekomst te voorkomen zet Hiemstra zijn kennis van epitheelmodellen nu breed in: bij veel van de onderzoeken zijn epitheelcellen betrokken. 'Omgekeerd doe ik veel kennis op over de effecten van koemelk, boerderijstof en parasitaire wormen. En we wisselen internationaal praktische lab-vaardigheden uit. Zo verrijkt én versnelt dit samenwerkingsverband het onderzoek.'

Kinderen beschermen

Een voorbeeld. Er is een verband tussen ons erfelijk materiaal (DNA) en astma. Kinderen met een bepaalde variant van DNA zijn gevoelig voor astma. Maar hoe komt dat? 'Door kennisuitwisseling kon ik met onze epitheelmodellen een stukje van de puzzel oplossen. Epitheelcellen met astma-aanleg blijken een stof die betrokken is bij ontstekingsreacties, anders aan te maken.' Een andere onderzoeksgroep had ontdekt dat boerderijstof niet iedereen beschermt tegen astma, maar vooral kinderen met die DNA-variant die gevoelig maakt voor astma. Hiemstra: 'Door kennis te combineren, ontdekken hoe we welke kinderen kunnen beschermen.'  

Onmisbaar gereedschap

De epitheelkweken van Hiemstra zijn dus onmisbaar gereedschap. En ze komen in verschillende vormen, of modellen. Als je wilt weten of epitheelcellen reageren op een bepaalde stof, voldoet een kweekschaaltje met epitheelcellen. Als een realistische situatie noodzakelijk is, kun je beter het chipmodel gebruiken dat in het laboratorium van Hiemstra is ontwikkeld. Hiemstra: 'Daarbij groeien epitheelcellen in een omgeving die lijkt op longweefsel, in flexibel materiaal dat ritmisch oprekt zoals bij ademhaling gebeurt.' Ook kweekt Hiemstra zogeheten mini-organen (ook wel organoïdes): kleine stukjes epitheelweefsel die ontwikkelen uit stamcellen. 'Als je materiaal hebt met maar weinig cellen erin, is het lastig om in kweekschaaltjes epitheelcellen op te kweken. Maar een paar cellen zijn wel voldoende om ze snel op te kweken in een organoïde. Die zet je vervolgens over in de kweekschaaltjes of chips.'

Goede hoop

Hiemstra is optimistisch over de toekomst. 'De ontwikkeling van bijvoorbeeld chip-modellen gaat snel. Er wordt gebouwd aan een model waarmee je meerdere organen tegelijk bestudeert.' Dat is ook relevant voor astma. De longen worden beïnvloed door bijvoorbeeld de darmen. Die geven namelijk stoffen af waarop epitheelcellen en afweercellen in de longen reageren. Hoe precies is nog onduidelijk. 'Het effect van onbewerkte koemelk kunnen we dan bijvoorbeeld in een realistischer situatie testen,' zegt Hiemstra. 'Ik heb goede hoop dat dit ons onderzoek verder gaat versnellen.'

Nieuwsgierigheid sturen

Steeds als Hiemstra een nieuw antwoord vindt, ontstaan ook nieuwe vragen, erkent hij. 'Maar dat stimuleert. Elk antwoord opent meerdere nieuwe deuren. De kunst is om die deuren te volgen die kansrijk zijn voor relevante inzichten en behandelingen. En dat gebeurt binnen het Consortium Astmapreventie. Longfonds stuurt de nieuwsgierigheid van onderzoekers richting oplossingen voor kinderen met astma. Persoonlijk maakt mij dat extra enthousiast voor mijn vak.'