Prof. dr. Joyce van Meurs gaat glimmen als ze het heeft over een van haar nieuwste onderzoeksprojecten. Ze is een van de kwartiermakers van een team dat bouwt aan wat ze ‘een dorp in een petrischaaltje’ noemt. ‘Met wie ik er ook over praat, van celbiologen tot neurowetenschappers of data-analisten; iedereen is enthousiast. Wetenschappers uit allerlei hoeken denken: wauw, hier kunnen wij heel veel mee.’
Later meer over de toepassingen, eerst over het dorp zelf. De bewoners van het dorp zijn stamcellen. Specifieker nog: het zijn zogeheten geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC). Dat zijn stamcellen die in het laboratorium zijn gemaakt van lichaamscellen, zoals huidcellen of bloedcellen. iPSC kunnen in een petrischaal uitgroeien tot allerlei soorten lichaamscellen: van spiercellen tot kraakbeencellen en van levercellen tot hersencellen.
‘Met deze cellen hebben we alles zelf in de hand’
Die mogelijkheid van deze stamcellen om te kunnen uitgroeien tot lichaamscellen heeft voor een revolutie gezorgd in het onderzoek naar het ontstaan van ziekte. ‘Vroeger waren we afhankelijk van weefsel dat we konden krijgen uit het ziekenhuis, bijvoorbeeld van een biopt of na een operatie. Maar dat is vaak al ziek weefsel en je weet niet wat ermee is gebeurd. Met deze iPS-cellen hebben we alles zelf in de hand. We kunnen ze onder gecontroleerde omstandigheden laten uitgroeien van stamcel tot gezonde of zieke lichaamscel. En we kunnen bestuderen hoe ze reageren op stimuli, zoals bijvoorbeeld ontsteking.’
Allemaal anders
Dit is een aanpak die celbiologen al tijden kennen. Ze gebruiken menselijke cellen in een petrischaaltje als methode om ziekte bestuderen. Dat noemen ze celmodellen. Vaak zijn de cellen in zo’n model afkomstig van één persoon. Het dorp-in-een-petrischaal-project van Joyce en collega’s is ook een model, maar het vernieuwende eraan is dat er cellen van meerdere individuen samen in hetzelfde petrischaaltje zitten. Net als mensen in een dorp; daar komt de naam village cultures vandaan. De combinatie van meerdere individuen maakt dat het dorp model staat voor een populatie mensen, inclusief alle onderlinge verschillen die daarbij horen.
Want die verschillen tussen mensen zijn er. Denk bijvoorbeeld aan iets zichtbaars als lichaamslengte en oogkleur. Maar ook op het gebied van complexere eigenschappen zoals ons risico op ziekte of hoe ons lichaam reageert op een behandeling, zijn we allemaal anders. Volgens Joyce zijn die verschillen grotendeels terug te voeren op de unieke genetische code die we allemaal meedragen in elk van onze cellen. ‘Vanuit genetische studies met miljoenen mensen weten we dat bepaalde genen betrokken zijn bij ziekte. In dit project koppelen we die grootschalige genetica aan de celbiologie. Om zo beter te begrijpen hoe verschillen in genetica en omgeving invloed hebben op ziekte en gezondheid.’
Hoe dat er dan in de praktijk uitziet? Joyce legt uit: ‘Van een biobank in Engeland hebben we iPS-cellen gekocht van honderd mensen. Gewoon mensen zoals jij en ik. Van al deze mensen kennen we ook de volledige genetische code. De stamcellen stoppen we samen in een kweekschaal. We laten ze allemaal onder dezelfde omstandigheden uitgroeien tot de lichaamscellen waarin we geïnteresseerd zijn.’
Dan stellen Joyce en haar collega’s alle cellen in het dorp tegelijk bloot aan een stimulus naar keuze. Dat kan bijvoorbeeld een ontstekingsstofje zijn om overgewicht na te bootsen of UV-straling om de zon na te bootsen.
Honderd keer dezelfde handeling
De aanpak van het dorp-in-een-petrischaal heeft meerdere voordelen, legt Joyce uit. ‘Door dezelfde handeling bij cellen van honderd individuen tegelijk te doen, onderdrukken we de ruis. Als je hetzelfde experiment voor elk individu apart zou doen, moet je honderd keer dezelfde handeling doen. Dat verhoogt de kans op piepkleine foutjes en dus variaties in het resultaat. Bovendien kost het meer tijd en geld.’
Met de nieuwste technologie meet het team vervolgens de reactie van elke individuele cel op de stimulus. ‘Omdat we het DNA-profiel van alle cellen weten, kunnen we uiteindelijk zeggen: deze cel hoort bij die persoon. Zo koppelen we individuele genetische variaties aan wat er op biologisch en moleculair gebied in de cel gebeurt.’
‘Ik merk een bepaald enthousiasme als we bij elkaar zijn. Omdat iedereen er vanuit een ander perspectief naar kijkt.’
Met name bij de metingen en de analyse daarvan, komt de samenwerking met de TU Delft (zie kader onderaan) goed van pas. ‘Zij hebben verstand van wiskundige en artificial intelligence-technieken, zoals patroonherkenning, speltheorie, machine learning en deep learning. Dat komt straks allemaal van pas als we de data hebben. Van al die nieuwe kennis wordt Joyce enthousiast. ‘De collega’s van de TU Delft voegen een andere dimensie toe. Dat vind ik super interessant. Zelf ben ik bijvoorbeeld niet thuis in speltheorie, dat is echt hogeschoolwerk voor mij. Ik vind het leuk dat iedereen in het project een andere taal spreekt. Ik merk een bepaald enthousiasme elke keer als we bij elkaar zijn. Omdat iedereen er vanuit een ander perspectief naar kijkt. Daar krijg ik energie van.’
Oneindige toepassingen
Omdat het dorp-in-een petrischaal een haast oneindige lijst potentiële toepassingen heeft, kan het werk van Joyce en collega’s rekenen op veel belangstelling en enthousiasme van andere wetenschappers. Zelf beginnen ze in Rotterdam met onderzoek naar fibrose en DNA-schade. Logische keuzes, legt Joyce uit. ‘Fibrose is eigenlijk littekenweefsel. Het speelt een rol in veel verschillende ziektes, zoals longziektes, leverziekte en artrose. Maar we weten er nog niet heel veel vanaf. Over DNA-reparatie hebben we in het Erasmus MC wél enorm veel expertise in huis. We weten veel over de biologie, dus het is logisch om daarmee te beginnen. DNA-reparatie is belangrijk voor veel patiënten: het speelt een rol bij kanker, maar ook bij veroudering.’
Publieksjaarverslag
Dit verhaal komt uit het publieksjaarverslag 2023 van het Erasmus MC: een magazine vol persoonlijke verhalen van onze patiënten, collega’s en studenten. Neem een gratis exemplaar mee uit de bakken bij de ingangen van het ziekenhuis, of lees het online.
Maar daarmee is de lijst nog niet af: het model zou in de toekomst ook gebruikt kunnen worden om te voorspellen bij wie een behandeling zal aanslaan of zelfs om nieuwe medicijnen te screenen. Om de goede keuzes te maken welke toepassingen relevant en kosteneffectief zijn, zijn experts van de Erasmus Universiteit Rotterdam bij het project aangesloten. Zij proberen in een vroeg stadium al te bepalen of potentiële toepassingen van de celmodellen zinvol zijn.
Joyce: ‘Het is in principe multi-inzetbaar. We zitten nu in de fase om het model te bouwen. Maar daarna wordt het interessant voor anderen om het te gaan gebruiken. Dat is mijn doel: dat we aan het einde van dit project een model hebben waar collega-wetenschappers mee verder kunnen.’
Convergence for Health & Technology
Dit stamcel-in-een-dorpproject heet iCELL en is één van de zogeheten Flagships van Convergence for Health & Technology. Convergence is de samenwerking tussen de TU Delft, het Erasmus MC en de Erasmus Universiteit Rotterdam. Prof. dr. Joyce van Meurs leidt iCELL samen met dr. Joana de Pinho Gonçalves van de TU Delft en dr. Ken Redekop van de Erasmus Universiteit Rotterdam. Dr. Roberto Narcisi van het Erasmus MC doet de projectcoördinatie.
