Nierstichting Nederland - Tissue engineering: gekweekte shunt komt dichterbij

Tissue engineering: gekweekte shunt komt dichterbij

1 september 2009

Joris Rotmans (LUMC Nierziekten) onderzocht in Australië, mede ondersteund door een Kolff-reisbeurs, een methode om nieuwe bloedvaten te maken voor hemodialyse-shunts. Nu onderzoekt hij als Kolff-postdoc de oorzaken van shuntfalen.

Het kweken van nieuwe bloedvaten staat al lang in de belangstelling. In de jaren '70 werkte Charles Sparks aan een methode om nieuwe slagaders uit eigen weefsel in het lichaam te maken. Hij slaagde erin een slagader in het bovenbeen op te kweken bij mensen met een slecht werkende beenslagader. Stap één was het implanteren van een buis van kunststof. Rondom de buis groeit vervolgens nieuw weefsel. Na zes tot acht weken verwijderde Sparks de buis uit het nieuwe gevormde 'bloedvat' en sloot hij de uiteinden van het vat aan als bypass van de beenslagader.

Sparks had enig klinisch succes. De ontwikkeling lijkt sindsdien langzaam te gaan. Hoe komt dat?
'Omdat het maken van een slagader moeilijk blijkt. Een bloedvat bestaat uit drie celtypes in enkele lagen, dat lijkt eenvoudig in vergelijking met de nier of de lever, maar er werken veel onderzoekers aan met nog altijd relatief weinig succes. Het is met tissue engineering nu mogelijk een blaas op to kweken, een bloedvat blijkt toch ingewikkelder. Met name door de hoge eisen die je aan de sterkte van nieuwe bloedvaten moet stellen.'

'Misschien heeft het er ook mee te maken dat dokters zich lange tijd matig voor tissue engineering interesseerden en het aan ingenieurs overlieten. Sparks was wel een chirurg, maar op de langere termijn ontwikkelden veel kunstmatige slagaders aneurysma's, zwakke plekken die uitstulpen en scheuren. Vervolgens kreeg hij veel kritiek en is hij hiermee gestopt. Ik ben in Australië verdergegaan waar Sparks gebleven was.'

Binnen of buiten het lichaam

Hoe werkt het opkweken van shunts?
'De groep van Julie Campbell in Brisbane heeft een ratmodel ontwikkeld om bloedvaten op te kweken in de buikholte. De basis is dat ingebracht vreemd materiaal een ontstekingsreactie oproept, waardoor rond een kunststof staafje een buisje van nieuw weefsel aangroeit.

'In een door ons ontwikkeld diermodel voor shunts in varkens bleek dit buikholtemodel helaas niet te werken omdat het nieuwe vaatweefsel niet sterk genoeg was. Het lukte wel om onderhuids nieuwe vaten te kweken die stevig genoeg zijn en na implantatie tussen een slagader en een ader kort blijven functioneren. Maar er zijn nog veel aanpassingen en meer onderzoek nodig.'

Een recent artikel in de Lancet beschrijft hoe tien hemodialysepatiënten een uit eigen cellen buiten het lichaam gemaakte shunt kregen. Deze 'sheet-based' benadering levert een buisje uit enkele opgerolde lagen van opgekweekte fibroblasten uit de huid. De binnenlaag van het buisje vormt zich uit ingebrachte endotheelcellen, de binnenbekleding van bloedvaten.

Hoe vergelijken zich het opkweken binnen en buiten het lichaam?
'Deze groep is de enige die het lukt goed werkende bloedvaten op te bouwen in vitro. Ze hebben nu een goede patency van zulke shunts aangetoond in een kleine groep patiënten. Maar het is een kwetsbare techniek die veel tijd vraagt, zes tot negen maanden. Bij geselecteerde dialysepatiënten kun je dat overigens wel plannen. De in vivo methode is nog niet zo ver maar werkt aanzienlijker sneller.'

Rijping van shunts

Het onderwerp van de postdoc-beurs is shuntfalen, speciaal de rol van de eiwitten elastine en smoothelin-B. Centraal staat het rijpen van de fistel tussen ader en slagader, waarbij het vaatweefsel verandert (vascular remodeling). Het vat verwijdt en nieuwe spiercellen groeien aan (VSMC, vascular smooth muscle cells). Dat rijpen gaat echter vaak niet goed.

Wat heeft elastine daarmee te maken?
'Bij de remodeling gaan VSMC delen en wordt elastine afgebroken om een nieuwe structuur te vormen. Elastine is belangrijk voor de vorm van het bloedvat, het zit in lagen vezels in de vaatwanden en remt de VSMC-proliferatie.'
'De initiële rijpingsfase verloopt bij 30 of 40 procent onvoldoende waardoor de doorsnede van de shunt te klein blijft. Het is dan nodig in te grijpen zodat de shunt toch geschikt wordt voor hemodialyse. Dat zou kunnen bij de operatie, bijvoorbeeld met langzaam of op afroep vrijkomende medicatie. Het gaat trouwens steeds om fistels want grafts hebben geen rijping nodig.'

En smoothelin-B?
'Smoothelin is een eiwit dat ontdekt is door Guillaume van Eys in Maastricht. Het komt alleen voor in niet-delende gladde-spiercellen en neemt af bij celproliferatie, zoals bij remodeling in een shunt. Onze hypothese is dat smoothelin-B de proliferatie reguleert. In het onderzoek ga ik kijken wat het effect is van remmen en stimuleren van elastine en smoothelin-B op shuntrijping door medicatie via een bio-afbreekbare gel. Opmerkelijk: de tyrosine-kinaseremmer imatinib, een middel dat artsen inzetten tegen vormen van kanker, blijkt expressie van smoothelin-B te stimuleren.'

Kennis over het mechanisme ga je toepassen in de tissue engineering?
'Je moet weten hoe iets werkt om de beperkingen van de huidige technieken te overwinnen. Een fundamentele vraag is bijvoorbeeld of endotheelcellen nodig zijn in tissue-engineered shuntvaten. Endotheel reguleert de vaatfunctie, maar een shunt hoeft niet alle functies van een bloedvat te hebben. Een shunt moet openblijven en het aanprikken met dialysenaalden tolereren.'

'We willen als onderzoekers graag snel interventies doen bij mensen om problemen op te lossen, maar het is belangrijk dat de onderliggende mechanismen bekend zijn. De Kolff-studie is fundamenteel, maar op een manier dat vondsten relatief snel in de behandeling van patiënten zijn toe te passen. Tissue-engineered shunts, dat zal nog wel even duren, maar op afzienbare termijn moet het mogelijk worden.'