Onderzoekers Jessa Ziekenhuis identificeren nieuw type hartstamcel

Vlnr: prof. dr. Marc Hendrikx, prof. dr. Jean-Luc Rummens, Annick Daniëls, dr. Karen Hensen, Leen Willems, Severina Windmolders, dr. Remco Koninckx, Yanick Fanton
en dr. Boris Robic
Onderzoekers Jessa Ziekenhuis identificeren
Onderzoekers van het Jessa Ziekenhuis zijn erin geslaagd om een nieuw stamceltype te isoleren uit het
menselijk hart. Dat opent nieuwe perspectieven voor
de toepassing van stamceltherapie na een hartinfarct.
De bevindingen van het onderzoeksteam zijn gepubliceerd in het internationaal gerenommeerde tijdschrift
Cardiovascular Research.
weefselregeneratie te bereiken (ref. 2). Bovendien zijn er steeds meer aanwijzingen dat
getransplanteerde cellen paracriene factoren
(cytokines en groeifactoren) vrijzetten die
het genezingsproces begunstigen o.a. door
het aantrekken van stamcellen. De positieve
effecten die in de eerste klinische studie
werden beschreven (ref. 1) zijn dus niet toe
te schrijven aan veranderingen op celniveau,
doch mogelijk wel aan factoren die werden
afgescheiden door de ingespoten beenmergcellen. Daarnaast heeft het aanwezige litte-
Het onderzoek van het Jessa Ziekenhuis ka-
Wereldwijd lopen verschillende studies waar-
kenweefsel nog steeds een inhiberend effect
dert binnen de cluster cardiologie van het
bij men na een hartinfarct stamcellen in de
op het functioneel herstel.
Limburg Clinical Research Program, een initia-
hartspier tracht te brengen om zo de groei
tief van de UHasselt, het Jessa Ziekenhuis en
van nieuw hartspierweefsel te bevorderen.
het Ziekenhuis Oost-Limburg (ZOL), dat mede
Ook in ons ziekenhuis is men al meer dan 10
Voorgeprogrammeerd
gefinancierd wordt vanuit de Stichting Lim-
jaar actief in dit onderzoeksdomein.
Ondertussen werd met de ontdekking van
burg Sterk Merk (LSM).
Zo werd in 2004-2006 in ons ziekenhuis een
stamcellen die in het hart zelf aanwezig zijn,
klinische studie uitgevoerd die uitwees dat
het paradigma van het hart als post-mitotisch
het rechtstreeks inspuiten in het hartspier-
orgaan verworpen in de literatuur. Deze hart-
Levenskwaliteit
weefsel (ook wel intramyocardiale injectie
stamcellen zijn mogelijk beter geschikt voor
Bij een hartinfarct loopt het hart altijd onher-
genoemd) van de mononucleaire celfractie uit
cardiaal herstel omdat ze al ‘voorgeprogram-
stelbare schade op. De bloeddoorstroming
het beenmerg, resulteerde in een verbetering
meerd’ zijn om tot effectief werkende hart-
in de kransslagader blokkeert, waardoor de
van de regionale, maar niet van de globale
spiercellen uit te groeien.
hartspier onvoldoende zuurstof krijgt en het
pompfunctie van het hart (ref. 1). De keuze
Uit internationaal onderzoek is de aanwezig-
spierweefsel afsterft. Als gevolg daarvan ver-
voor beenmergstamcellen was destijds ge-
heid van twee belangrijke typen van humane
mindert de pompfunctie en stijgt de kans op
baseerd op talrijke internationale studies die
hartstamcellen aangetoond, namelijk c-kit
hartfalen. De huidige behandelingen, zowel
het potentieel van dat celtype in de cardiale
positieve cellen en CDCs. “Wij hebben de mo-
farmacologische therapieën als chirurgische
setting beschreven. Uitgebreider onderzoek
gelijkheden van die celtypes uitgebreid on-
interventies, verbeteren de overlevingskan-
door onze onderzoeksgroep toonde echter
derzocht. En inderdaad, die hartstamcellen
sen en de levenskwaliteit van de patiënt op
aan dat beenmergstamcellen slechts een be-
bezitten een beter myocardiaal differentiatie-
korte termijn, maar kunnen het verloren weef-
perkte capaciteit bezitten om uit te groeien
potentieel ten opzichte van beenmergstam-
sel niet vervangen en dragen dus niet bij tot
tot functionele cardiomyocyten en dus niet
cellen (ref. 3). Maar de eigenschappen van die
functioneel herstel op lange termijn.
in staat zijn om de verhoopte myocardiale
cellen of de isolatietechnieken om die cellen
16 JESSALINEA
dossier
Reactie van prof. dr. Pedro Brugada
in Het Nieuwsblad
“De bevindingen van het Hasseltse onderzoek worden
gepubliceerd in het tijdschrift Cardiovascular Research
(ref. 4). Dat is een sterke garantie voor de kwaliteit van
het onderzoek”, zegt topcardioloog Pedro Brugada,
verbonden aan het UZ Brussel. “Een team van experts
stelt echt wel strenge eisen aan zo'n publicatie. Minder
dan 20 procent van alle voorgestelde artikels wordt
gepubliceerd. Deze doorbraak is dus fantastisch voor
Hasselt. Het had nog geen internationale faam, maar
nu staat het bij de wereldtop. Wereldwijd zoekt men al
jaren naar stamcellen die zich kunnen nestelen in het
hart. Dit is een belangrijke stap in de goede richting.”
nieuw type hartstamcel
te bekomen, beperken de toepassingsmoge-
eerder bekende types. De CASC laat zich
hartstamcellen komen dan in het verleden.
lijkheden om een belangrijke bijdrage te kun-
makkelijker isoleren en is vlot op te kweken
Ook de kwaliteit is beter omdat de celpopula-
nen leveren aan het herstel van beschadigd
in het laboratorium. Daardoor kan men veilig
tie die men isoleert homogeen is en enkel uit
hartspierweefsel na een hartinfarct,” leggen
en sneller tot grotere hoeveelheden bruikbare
levende stamcellen bestaat.
prof. dr. Jean-Luc Rummens en prof. dr. Marc
Hendrikx (Jessa, UHasselt) uit. “Het zijn bovendien erg arbeidsintensieve isolatiemethodes waarbij we niet altijd een zuivere stamcelpopulatie bekomen.”
Nieuw type hartstamcel
Het onderzoeksteam van ons ziekenhuis
zocht en vond een nieuwe manier om stamcellen uit het hart te isoleren. “Dat gebeurt
Het minipig model
op basis van enzymatische activiteit van de
Momenteel wordt in ons ziekenhuis de in vivo differentiatie van en het functio-
cellen. Die techniek maakt het makkelijker
neel cardiaal herstel door de CASCs bestudeerd in een minipig infarctmodel, ont-
om stamcellen te isoleren, op te kweken en
wikkeld door prof. dr. Marc Hendrikx en dr. Boris Robic van de dienst cardiotho-
te transplanteren,” aldus dr. Karen Hensen en
racale heelkunde. De anesthesisten dr. Jasperina Dubois en dr. Luc Jamaer zijn
dr. Remco Koninckx (Jessa, UHasselt). “Dankzij
betrokken bij alle chirurgische ingrepen. Dr. Eric Bijnens en verpleegkundige Nic
de toepassing van de nieuwe techniek heb-
Heuts van de dienst medische beeldvorming zijn verantwoordelijk voor de beeld-
ben we een type hartstamcel geïdentificeerd
vormingstechnieken (MRI, Fluoroscopie) en de analyse van de bekomen data die
dat nog niet beschreven was: de cardiale
gebruikt worden om de functionaliteit van het hart te onderzoeken.
atrium stamcel (CASC). De CASCs hebben een
Prof. dr. Marc Hendrikx: “We hebben gekozen voor de adulte Göttingen minipig als
meer uitgesproken myocardiaal differentia-
proefdiermodel omwille van de hoge graad van overeenkomst tussen het cardio-
tiepotentieel dan de reeds beschreven car-
vasculair systeem van varkens en mensen. Daardoor worden er meer klinisch re-
diale stamcellen. Onderzoeken bewijzen dat
levante resultaten bekomen die de extrapolatie van het diermodel naar humane
er functionele en fenotypische verschillen
toepassingen vereenvoudigen.”
zijn en dat het dus wel degelijk om een nieu-
Dr. Remco Koninckx: “Minipigs zijn uiterst geschikt omdat ze, in vergelijking met
we celpopulatie gaat.” (ref. 4)
gewone varkens, relatief klein en gemakkelijk hanteerbaar zijn voor verzorging en
functionele analyses. Daarnaast neemt bij deze varkens de hartmassa niet meer
toe, wat post-operatieve analyse vereenvoudigt en betrouwbaarder maakt.”
Grote doorbraak
De resultaten zijn alvast veelbelovend. Het hartspierweefsel herstelt zich goed
Het nieuwe type stamcel heeft enkele be-
bij de minipigs, de hartspier trekt nadien beter samen en de varkensharten func-
langrijke voordelen in vergelijking met de
tioneren bijna net zo goed als vóór het infarct.
JESSALINEA 17
Uit laboratoriumonderzoek en onderzoek met
cellen uitsluiten,” licht dr. Karen Hensen toe.
proefdieren, uitgevoerd in het Jessa Zieken-
Aan deze doorbraak gingen vele jaren onder-
huis en aan de UHasselt, blijkt intussen dat
zoek vooraf. Vier doctoraatsstudenten uit de
de stamcellen effectief kunnen uitgroeien tot
Volgende stap
onderzoeksgroep lichten hun bijdrage aan het
functionele hartspiercellen. Die bevindingen
Prof. dr. Marc Hendrikx en dr. Remco Koninckx:
onderzoek toe en blikken vooruit naar de toe-
zijn gepubliceerd in het tijdschrift Cardiovas-
“Zowel bij mensen als dieren is het nieuwe
komst van hartstamceltherapie. Ze zoeken elk
cular Research (ref. 4). Voor dit onderzoek
type hartstamcel aanwezig. Toen we dat
vanuit hun eigen achtergrond naar oplossin-
werd samengewerkt met de KU Leuven en de
ontdekten, hebben we in het laboratorium
gen voor de knelpunten die er momenteel nog
‘University of Health Sciences’ van Kaunas,
experimentele hematologie zowel de CASCs
zijn om zo het totaalproces te optimaliseren.
Litouwen. “We hopen dat we op termijn die
van dieren als die van mensen proberen op te
stamcellen kunnen injecteren bij patiënten
kweken. Met succes: we zijn nu in staat om
na een hartinfarct en zo hun beschadigd hart
een klinisch relevant celaantal te verkrijgen
herstellen,” aldus prof. dr. Jean-Luc Rummens.
zonder verlies van de stamceleigenschappen.
len terug te plaatsen bij proefdieren die een
Doctoraatsstudente Severina
Windmolders vervoegde het team
Methodiek
infarct hadden doorgemaakt. Momenteel is al-
in 2009. Na het behalen van haar IWT-
“CASCs vertonen een hoge aldehydedehy-
les klaar om die proefdierstudie verder uit te
beurs startte zij haar PhD (doctoraatspro-
drogenase (ALDH) activiteit. Die eigenschap
breiden.” Als dit pre-klinisch onderzoek gun-
ject). De eerste twee jaar bestudeerde
wenden we aan om de cellen te isoleren uit
stig evolueert, volgen de testen bij de mens.
zij het groeipotentieel, de differentiatie-
de weefselfragmenten. Het Aldefluor reagens,
“Wij hopen dat CASCs ook bij de mens terug
mogelijkheden en de verouderingspro-
een niet-toxisch substraat voor ALDH, diffun-
hartspierweefsel aanmaken. Bij alle infarcten
cessen van de cardiale stamcellen. De
deert doorheen de membraan van de cellen en
gaat er immers hartspierweefsel verloren; de
resultaten waren positief: de stamcellen
wordt vervolgens door ALDH omgezet in een
stamceltherapie is dus breed toepasbaar.”
kunnen veelvuldig opgekweekt worden
Vervolgens zijn we er in geslaagd om die cel-
fluorescent reactieproduct dat we flowcyto-
zonder hun stamceleigenschappen en
metrisch meten. Het voordeel is dat enkel leef-
Het volledige onderzoeksteam telt vier stafle-
differentiatiecapaciteit naar cardiomyo-
bare cellen met voldoende stamcelcapaciteit
den (arts-specialisten en post-doctorandi) van
cyten te verliezen. Verder werkte ze met
geïsoleerd worden en dat er geen antigen-an-
het Jessa Ziekenhuis en de UHasselt, één we-
de rest van het team mee aan de opstart
tilichaam binding vereist is, waardoor we mo-
tenschappelijk assistent en vier doctoraats-
van de minipig-studie.
gelijke invloeden op de genexpressie van de
studenten.
Sinds 2011 focust Severina zich meer
Reactie van prof. dr. Piet Stinissen, UHasselt
"De nieuwe internationale doorbraak in het stamcelonderzoek is ook een stevige opsteker voor het Limburg
Clinical Research Program (LCRP), het ambitieuze onderzoeksprogramma dat met steun van LSM door de UHasselt, het Jessa Ziekenhuis en het Ziekenhuis Oost-Limburg wordt uitgebouwd om het medisch wetenschappelijk onderzoek in Limburg gevoelig te versterken. In totaal wordt er ingezet op zes medische clusters: cardiologie, oncologie, infectieziekten, anesthesie (met link naar neuro), fertiliteit en obesitas. Vandaag zijn er al bijna
20 doctoraatsstudenten actief in dit onderzoeksprogramma. Vanuit het LCRP werd recent een Mobile Health
Unit opgestart (telemonitoring) en er wordt intensief samengewerkt met de Limburgse biobank (UbiLim). Het
LCRP werd nauwelijks drie jaar geleden gestart maar bewijst nu al haar toegevoegde waarde voor het medisch
onderzoek in Limburg, getuige daarvan deze toppublicatie van het Jessa team. Die snelle successen zijn een
gevolg van het verder bouwen op stevige fundamenten die de afgelopen jaren werden gelegd in Jessa en ZOL.
Zij hebben immers reeds jarenlang hoogstaand onderzoek uitgebouwd in specifieke disciplines.”
Referenties
1.Hendrikx M, Hensen K, Clijsters C, Jongen H, Koninckx R, Bijnens E, Ingels M, Jacobs A, Geukens R, Dendale P, Vijgen J, Dilling D, Steels P, Mees U,
Rummens JL.. Restoration of regional contractile function through stem cell transfer by direct intramyocardial injection; results from
a randomised controlled clinical trial. Circulation, 2006, 114 (1suppl): 101-107
2.Koninckx R, Hensen K, Daniëls A, Moreels M, Lambrichts I, Jongen H, Clijsters C, Mees U, Steels P, Hendrikx M, Rummens JL. Human bone marrow
stem cells co-cultured with neonatal rat cardiomyocytes display limited cardiomyogenic plasticity. Cytotherapy. 2009 22:1-15.
3.Koninckx R, Daniëls A, Windmolders S, Carlotti F, Mees U, Steels P, Rummens JL, Hendrikx M, Hensen K. Mesenchymal Stem cells or cardiac
progenitors for cardiac repair? A comparative study. Cell Mol Life Sci. 2011 Jun;68(12):2141-56.
4.Koninckx R, Daniëls A, Windmolders S, Mees U, Macianskiene R, Mubagwa K, Steels P, Jamaer L, Dubois J, Robic B, Hendrikx M, Rummens JL,
Hensen K. The cardiac atrial appendage stem cell: a new and promising candidate for myocardial repair. Cardiovasc Res. 2013 Mar 1;
97(3):413-23.
18 JESSALINEA
dossier
Severina Windmolders
doctoraatsstudente
Yanick Fanton
doctoraatsstudente
Leen Willems
doctoraatsstudente
dr. Boris Robic
Annick Daniëls
wetenschappelijk
assistent
op de paracriene effecten van mesenchy-
rakterisatie van de CASCs, want als de CASCs
fect heeft. MicroRNA's zijn een vorm van
male stamcellen afkomstig uit het beenmerg.
alle celtypes van het hart kunnen vormen,
niet-coderend RNA dat de eiwitexpressie van
Die stamcellen zetten namelijk stoffen vrij
wijst dat op het multipotente karakter van die
specifieke genen beïnvloedt. Via activatie
die een gunstige invloed uitoefenen op het
stamcellen. Yanick zal de vorming van bloed-
van specifieke processen zou het zo de CASCs
cardiaal weefsel na een hartinfarct. De ma-
vaten staven in het minipig model, waarbij
kunnen beschermen tegen ischemie of de cel-
nier waarop dat gebeurt, is echter nog niet
men na een infarct CASCs inspuit.
len mobiliseren naar de plaats van het infarct.
gekend. Een mogelijke hypothese is dat die
Als tweede punt onderzoekt Yanick hoe we
Tot slot gaat Leen na welke mechanismen een
factoren (ook wel eens het geconditioneerd
de stamcellen kunnen wapenen tegen de on-
rol spelen bij de proliferatie, zelfvernieuwing
medium genoemd) in staat zijn de residente
gunstige omgeving in een hart na een infarct.
en differentiatie van de CASCs. Hierbij zal ze
cardiale stamcellen, aanwezig in het hart, te
Wanneer men stamcellen transplanteert ko-
onderzoeken of het evenwicht tussen deze
mobiliseren naar de plaats van schade. Se-
men deze normaliter in de borderzone terecht,
processen zodanig gestimuleerd en geregeld
verina heeft daarom een 3D-collageen assay
het gebied tussen het dood infarctweefsel en
kan worden dat het lokaal herstelmechanisme
in het lab geïmplementeerd waarbij ze cardi-
de gezonde hartspiercellen.
van het hart in staat is tot voldoende weefsel-
ale weefselfragmenten in een collageen gel
Dat gebied is echter zuurstofarm en er zijn bij-
herstel. Indien we daarin slagen, zou het pro-
brengt en blootstelt aan het geconditioneerd
na geen voedingsstoffen aanwezig, wat een
ces van celisolatie, proliferatie in het labora-
medium. De resultaten van deze assays tonen
negatief effect heeft op de overleving, de in-
torium en transplantatie misschien vermeden
aan dat mesenchymale stamcellen effectief
corporatie en de differentiatie van de stamcel-
kunnen worden.
factoren vrijzetten die migratie/mobilisatie
len. Met dit deel van het onderzoek hopen we
van cardiale stamcellen kunnen teweegbren-
de efficiëntiegraad van de therapie aanzienlijk
gen. Severina tracht nu de specifieke facto-
te verhogen. Voor dit onderzoeksproject be-
Dr. Boris Robic vatte zijn doctoraat in au-
ren die in dat migratieproces een belangrijke
haalde Yanick een mandaat via het Bijzonder
gustus 2012 aan. Hij werkte drie jaar lang als
rol spelen te identificeren en de moleculaire
Onderzoeksfonds van de Universiteit Hasselt.
hartchirurg in het universiteitsziekenhuis in
mechanismen die erachter schuilen te ontra-
zijn thuisland Slovenië. Prof. dr. Marc Hendrickx
felen. Een wetenschappelijk artikel met meer
nodigde hem uit om als chirurgisch assistent
Nadat doctoraatsstudente Leen
Willems met succes haar doctoraatsproject
het onderzoeksteam te versterken. Dr. Boris
verdedigde voor het IWT, vervoegde zij in ja-
waarbij hij instaat voor de chirurgische ingre-
Doctoraatsstudente Yanick Fanton studeerde in juni 2012 af als Master in
nuari 2013 het onderzoeksteam. Leen spitst
pen en via de EKG de ritmestoornissen bij mi-
zich onder andere toe op het fibrotisch proces
nipigs met getransplanteerde CASCs opvolgt.
de Biomedische Wetenschappen en wijdde
na een infarct waarbij het verloren hartspier-
haar thesis aan de angiogene of bloedvat-
weefsel vervangen wordt door dens-niet-
vormende eigenschappen van verschillende
contractiel littekenweefsel. Dat resulteert in
Een andere belangrijke spil en vaste waarde
stamcelpopulaties uit de tand. Bijgevolg
een verlies van hartfunctie, de inhibitie van
in het onderzoek is
spitst zij zich binnen de onderzoeksgroep toe
myocardiaal herstel en de ontwikkeling van
wetenschappelijk
assistent Annick Daniëls. Zij speelt
op het potentieel van de CASCs om na een
hartfalen. Met dit deel van het onderzoek wil
een centrale rol in de onderzoeksgroep. Ze
hartaanval revascularisatie (bloedvatherstel)
Leen nagaan hoe we dat proces van litteken-
helpt en denkt mee over de invalshoeken van
teweeg te brengen in het infarctgebied. Het
vorming kunnen onderdrukken.
de verschillende experimenten, vult de ont-
hartspierweefsel is sterk doorbloed, herstel
Daarnaast gaat zij dieper in op de paracriene
brekende stukken aan en heeft zich gespe-
van de bloedtoevoer is dus een belangrijk as-
mechanismen die reeds gedeeltelijk zijn
cialiseerd in het op punt stellen van moeilijke
pect voor het functioneel herstel van het hart.
blootgelegd door Severina. Hierbij zal Leen
technieken, zoals de southern- en western
Yanick gaat dan ook na of we de CASCs kun-
onderzoeken of het geconditioneerd medium
blotting. Daarnaast staat Annick in voor alles
nen omvormen tot endotheelcellen en gladde
van beenmerg mesenchymale stamcellen
wat vooraf gaat aan het labellen van cellen,
spiercellen, de hoofdceltypes aanwezig in een
het microRNA expressiepatroon in de CASCs
zorgt ze voor de validaties van de toestellen
bloedvat. Dat zou bijdragen aan de verdere ka-
verandert en op welke processen dit een ef-
en allerhande experimenten.
informatie hieromtrent zit in de pipeline.
Robic is vooral betrokken bij het minipig model,
JESSALINEA 19