Hart & Vaat | Hoe een Leidse muis wereldwijd helpt in de strijd tegen hart- en vaatziekten
&width=710&height=710)
Komt een man bij de dokter
Begin jaren tachtig beschreef de Leidse onderzoeker Louis Havekes een 41-jarige man met extreem hoge waarden van cholesterol en andere vetten in zijn bloed. Ook had hij opvallende vetophopingen in zijn huid. Alles wees erop dat zijn lichaam moeite had om vetten af te voeren, maar waarom was onduidelijk.
De oorzaak van de klachten bleek een verstoorde werking van ApoE, een eiwit dat helpt om vet- en cholesterolrijke deeltjes in het bloed te verwijderen via de lever. Bij deze patiënt werkte dat systeem niet goed waardoor deze deeltjes in het bloed bleven rondzwerven. "Toen bleek dat ook zijn moeder en vier broers en zussen verhoogde cholesterolwaarden en vergelijkbare klachten hadden, werd duidelijk dat het om een erfelijke aandoening ging", legt hoogleraar Ko Willems van Dijk uit.
In 1986 kreeg deze erfelijke variant een naam: ApoE*3-Leiden, vernoemd naar de stad waar de ontdekking was gedaan.
Voorouders uit de 17de eeuw
In de jaren daarna vonden de onderzoekers meer mensen met ApoE*3-Leiden. Op het eerste gezicht hadden zij niets met elkaar gemeen, maar stamboomonderzoek bracht een verrassende overeenkomst aan het licht: ze bleken allemaal af te stammen van dezelfde voorouders uit de zeventiende eeuw.
Later werd ApoE*3-Leiden ook teruggevonden in een groter familieonderzoek. Samen maakten deze onderzoeken duidelijk dat het ging om een erfelijke verandering die al eeuwenlang binnen Nederlandse families wordt doorgegeven.
Van patiënt naar proefdier
De volgende stap was om te onderzoeken of ApoE*3-Leiden daadwerkelijk de oorzaak was van de verhoogde cholesterol- en vetwaarden bij de patiënten. Maar bij mensen kun je niet zomaar in organen en weefsels kijken om alle gevolgen van zo'n erfelijke verandering te bestuderen.
Onderzoekers Rune Frants en Louis Havekes besloten daarom een proefdiermodel te ontwikkelen. Zij wilden de erfelijke eigenschap van de patiënten inbouwen in het DNA van muizen, zodat zij konden onderzoeken wat die verandering in het hele lichaam teweegbrengt.
Het ontwikkelen van zo'n model bleek echter makkelijker gezegd dan gedaan. "Van de eerste 36 muizen lukte het slechts bij zes dieren om de menselijke ApoE*3-Leiden-variant in het DNA in te bouwen. En van die zes waren er maar drie die deze doorgaven aan hun nakomelingen. Uiteindelijk stammen alle huidige ApoE*3-Leiden-muizen af van één van die drie dieren", zegt Willems van Dijk.
Een muis met slagaderverkalking
De nieuwe ApoE*3-Leiden-muizen ontwikkelden met behulp van een speciaal dieet verhoogde cholesterol- en andere vetwaarden, precies zoals gehoopt. Maar de onderzoekers stuitten op een onverwachte bonus: de muizen kregen ook slagaderverkalking. Bij deze ziekte hopen vetten, cholesterol en ontstekingscellen zich op in de wand van slagaders, waardoor ze langzaam vernauwen en uiteindelijk kunnen dichtslibben. Dit vergroot de kans op hart- en vaatziekten zoals een hartinfarct of beroerte.
"Gewone muizen krijgen van nature nauwelijks slagaderverkalking. Juist daarom was dit zo’n belangrijke ontdekking", legt Willems van Dijk uit. “Tegelijkertijd is die ziekte moeilijk te onderzoeken bij mensen. Leefstijl, voeding, leeftijd en erfelijke aanleg spelen allemaal een rol, maar verschillen van persoon tot persoon. Bovendien kun je bij mensen niet jarenlang van dichtbij volgen hoe slagaderverkalking zich stap voor stap ontwikkelt. Dankzij de ApoE*3-Leiden-muizen en andere muismodellen die destijds werden ontwikkeld, konden onderzoekers voor het eerst deze ziekte in detail bestuderen in een levend organisme."
Bovendien konden onderzoekers met de ApoE*3-Leiden-muis ook mogelijke behandelingen testen. Net als mensen reageerden de muizen op vrijwel alle cholesterolverlagende medicijnen zoals onder andere statines. "Een model dat ziek wordt, is interessant. Maar een model dat ook reageert op dezelfde medicijnen als patiënten, is pas echt waardevol", zegt hoogleraar Patrick Rensen.
Een upgrade naar versie 2.0
Hoewel de ApoE*3-Leiden-muis een grote stap vooruit was, bleef er een belangrijk verschil tussen mensen en muizen bestaan. Rensen: “Mensen hebben CETP, een eiwit dat een belangrijke rol speelt bij het transport van cholesterol in het bloed. Gewone muizen hebben dit eiwit van nature niet.” Daarom voegden onderzoekers in 2006 ook het menselijke CETP-gen toe. Zo ontstond de ApoE*3-Leiden.CETP-muis, die de vetstofwisseling van mensen nog beter nabootst.
Die toevoeging bleek een schot in de roos. De nieuwe ApoE*3-Leiden.CETP-muizen ontwikkelden maar liefst zeven keer meer slagaderverkalking dan de oorspronkelijke ApoE*3-Leiden-muizen.
De tekst gaat verder onder het informatieblok.
Zo werkt het model
Om slagaderverkalking te ontwikkelen, eten ApoE*3-Leiden.CETP-muizen gemiddeld 12 tot 16 weken voer waaraan een kleine hoeveelheid cholesterol is toegevoegd. De exacte duur hangt af van de samenstelling van het voer en het gewenste stadium van de slagaderverkalking.
Bij preventiestudies kijken onderzoekers of een geneesmiddel slagaderverkalking kan voorkomen. De muizen krijgen daarom vanaf de start zowel het speciale voer als de behandeling. Maar patiënten krijgen vaak pas klachten als de slagaderverkalking al vergevorderd is. Om die situatie na te bootsen, wordt in regressiestudies onderzocht of een behandeling bestaande slagaderverkalking kan verminderen. Bij dit type onderzoek start de behandeling pas nadat de ziekte is ontstaan door het speciale voer.
Onderzoek naar slagaderverkalking met het ApoE*3-Leiden.CETP muismodel. Klik op de afbeelding om deze te vergroten.
In beide gevallen worden de muizen verdeeld over twee groepen: één groep krijgt de experimentele behandeling en één groep krijgt een behandeling krijgt zonder werkzame stof. Door de resultaten van beide groepen te vergelijken, zien onderzoekers of het geneesmiddel werkt.
De kracht van een goed model
De ApoE*3-Leiden.CETP-muis bleek ook waardevol bij het testen van nieuwe ideeën voor de behandeling van hart- en vaatziekten. Onderzoekers wisten al langer dat er een omgekeerd verband bestond tussen HDL-spiegels en het risico op hart- en vaatziekten: hoe hoger het HDL, hoe lager het risico. Daarom ontstond het idee om geneesmiddelen te ontwikkelen die HDL verhogen.
In 2006 startte een grote klinische studie onder meer dan 15.000 mensen met een verhoogd risico op hart- en vaatziekten, waarin torcetrapib als een van de eerste HDL-verhogende middelen werd onderzocht. Tegelijkertijd keken Leidse onderzoekers naar de werking van hetzelfde middel in de ApoE*3-Leiden.CETP-muis.
Hoewel torcetrapib bij zowel mensen als muizen het HDL verhoogde, zagen onderzoekers bij de muizen ook een ongunstig effect: in de vaatwand hoopten zich meer ontstekingscellen op, wat samenging met een stijging van het bloeddrukverhogende hormoon aldosteron. Hierdoor kan de slagaderverkalking instabieler worden en de kans op een infarct of beroerte toenemen.
Kort daarna werd ook de studie bij mensen voortijdig stopgezet omdat er onder gebruikers meer sterfgevallen voorkwamen dan in de controlegroep. "Als dit middel eerst in ons muismodel was getest, had dit onderzoek in mensen heroverwogen kunnen worden", zegt Rensen.
"Een verband is niet automatisch een oorzaak", vult Willems van Dijk aan. "Dit onderzoek maakte duidelijk dat het niet alleen gaat om de hoeveelheid HDL, maar ook om wat HDL daadwerkelijk doet in het lichaam. Ons model hielp onderzoekers begrijpen waarom een veelbelovend medicijn uiteindelijk niet het verwachtte effect had op hart- en vaatziekten."
All models are wrong
Toch was niet iedereen meteen overtuigd van het nut van muismodellen voor hart- en vaatziekten.
"Tijdens congressen hoorde je regelmatig kritiek", vertelt Willems van Dijk. "Een vooraanstaand onderzoeker zei ooit: all models are wrong, some are useful.” Die kritiek begrijpt hij wel. Muizen verschillen natuurlijk op veel punten van mensen. "Maar daar zit juist de uitdaging. Hoe beter je de verschillen begrijpt, hoe meer inzicht je krijgt in de onderliggende biologie," gaat hij verder.
Dat is precies wat er de afgelopen decennia gebeurde. Eerst met ApoE*3-Leiden en later ook met de toevoeging van CETP. Zelfs de leefomstandigheden van de muizen werden aangepast om hun stofwisseling nog beter op die van mensen te laten lijken.
Rensen: “Juist die voortdurende verfijning maakt dat de ApoE*3-Leiden.CETP-muis na al die jaren nog steeds relevante inzichten oplevert. Het model helpt ons te begrijpen hoe hart- en vaatziekten ontstaan en biedt onderzoekers de mogelijkheid om nieuwe behandelingen te ontwikkelen en te testen."
Kan dat ook anders?
Dit type onderzoek roept een belangrijke vraag op: zijn proefdieren echt nodig? Het uitgangspunt van het LUMC is dat proefdieren alleen worden ingezet als er geen goed alternatief beschikbaar is.
"Onderzoek in het laboratorium levert ook veel informatie op", zegt Rensen. "Maar vaak kijk je daarbij naar één stukje van de puzzel, bijvoorbeeld naar losse cellen of naar de interactie tussen een paar celtypen in een weefsel. Bij slagaderverkalking zijn juist veel organen en processen betrokken. Verschillende organen zoals de lever, de darmen, vetweefsels, spieren en de hersenen, maar ook het immuunsysteem, hormonen, zenuwen, bloedvaten, en de cholesterolhuishouding beïnvloeden elkaar voortdurend. Om dat samenspel te begrijpen en de hele puzzel te zien, blijft onderzoek met proefdieren noodzakelijk.”
Daarbij staan steeds de zogenoemde 3 V's centraal: vervanging, vermindering en verfijning. Onderzoekers moeten aantonen dat er geen alternatief zonder proefdieren beschikbaar is, dat zo min mogelijk dieren worden gebruikt en dat de belasting voor de dieren zo klein mogelijk blijft.
De tekst gaat verder onder het informatieblok.
Van één patiënt naar een wereldwijd model
Oorspronkelijk werd de ApoE*3-Leiden.CETP-muis ontwikkeld om hart- en vaatziekten beter te begrijpen. Inmiddels wordt het model ook gebruikt voor onderzoek naar obesitas, diabetes type 2, leververvetting en zelfs sepsis. Daarnaast helpt het onderzoekers om de effecten van nieuwe geneesmiddelen, milieustoffen zoals PFAS en leefstijlfactoren zoals voeding, het dag-nachtritme en zelfs de darmflora te bestuderen.
De tekst gaat verder onder het informatieblok.
Het model wordt wereldwijd gebruikt in samenwerking met universiteiten, onderzoeksinstituten, grote farmaceutische bedrijven en innovatieve start-ups. Onderzoek met deze muis leidde tot honderden wetenschappelijke publicaties en de ontwikkeling van verschillende patenten en nieuwe behandelingen. "Toen we begonnen, hadden we nooit kunnen vermoeden hoe breed inzetbaar dit model zou worden", zegt Willems van Dijk.
Als erkenning voor de bijzondere bijdrage aan de medische wetenschap kreeg de ApoE*3-Leiden-muis zelfs een plaats in het Rijksmuseum Boerhaave in Leiden. Een passend eerbetoon voor een muismodel dat ooit begon als een experiment om een zeldzame genetische afwijking te begrijpen.
Foto: ApoE*3-Leiden-muis in Rijksmuseum Boerhaave
Bron: Patrick Rensen in samenwerking met Rijksmuseum Boerhaave
Meer informatie
Op de Engelstalige website van het Rensenlab en TNO vind je meer informatie over de ApoE*3-Leiden.CETP-muis.
Een wetenschappelijk overzicht van de verschillende muismodellen voor slagaderverkalking is hier te lezen.
Dit onderzoek is onderdeel van de onderzoeksthema's Cardio-Vascular en Prevention&Lifestyle.
Themamaand Hart & Vaat
Hart- en vaatziekten hebben grote invloed op het leven van patiënten, van kindertijd tot op hoge leeftijd. In het LUMC combineren we gespecialiseerde zorg, wetenschappelijk onderzoek en onderwijs om patiënten in elke levensfase de best mogelijke behandeling en begeleiding te bieden. Samen werken we aan de zorg van vandaag én de innovaties van morgen. Lees er meer over op onze website.
&width=710&height=710)
&width=710&height=710)
&width=710&height=710)