Nieuw platform versnelt zoektocht naar medicijnen voor hartritmestoornissen

Aangeboren hartritmestoornissen

Bij een hartritmestoornis klopt het hart niet zoals het hoort. Het ritme kan te snel, te langzaam of onregelmatig zijn. Dat komt vaak door een probleem in het elektrische systeem van het hart. Sommige hartritmestoornissen zijn aangeboren. Dat betekent dat mensen er al vanaf hun geboorte mee leven. Deze aandoeningen kunnen levensgevaarlijk zijn en soms leiden tot een plotselinge dood.

Hoewel elke afzonderlijke aandoening zeldzaam is, heeft wereldwijd ongeveer 1 op de 2000 mensen een aangeboren hartritmestoornis. Voor veel van deze patiënten zijn er maar beperkt goede behandelingen. Dat maakt onderzoek naar nieuwe medicijnen en therapieën heel belangrijk.

Van stamcel naar mini-hartmodel

Het nieuwe platform van het LUMC en Ncardia kan hierbij een grote rol spelen. Het platform is gebaseerd op stamcellen en biedt onderzoeker unieke mogelijkheden om hartritmestoornissen te bestuderen. Richard Davis, groepsleider bij het LUMC legt uit: “Stamcellen zijn bijzondere cellen die onbeperkt kunnen vermenigvuldigen en onder de juiste omstandigheden in een laboratorium kunnen uitgroeien tot vrijwel elk celtype van ons lichaam, dus ook cellen van het hart.”

De afgelopen jaren zijn hartmodellen op basis van stamcellen steeds complexer geworden. “Vroeger bestonden ze uit één platte laag hartspiercellen opgegroeid uit stamcellen,” vertelt Davis. “Nu bevatten de modellen meerdere soorten hartcellen (zie foto). Deze cellen werken samen in kleine 3D-structuren die we ook wel microweefsels noemen. Hoewel ze qua uiterlijk niet lijken op een echt hart, kunnen we met deze 3D structuren veel beter nabootsen wat er in het echte hart gebeurt. We gebruiken ze daarom als mini-hartmodellen,” aldus Davis.

Foto van een 3D-structuur gemaakt met een fluorescentiemicroscoop: celkernen (blauw), hartspiercellen (groen), fibroblasten (geel) en endotheelcellen (rood)

Krachten bundelen op het Leiden Bio Science Park

De toenemende complexiteit van de hartmodellen heeft ook een keerzijde: hoe complexer het model, hoe moeilijker het is om ze te maken. Ook is het vaak duur en is er specifieke apparatuur en kennis vereist. Ook moet het proces gestandaardiseerd worden zodat de mini-hartmodellen steeds van dezelfde kwaliteit zijn. En om vele potentiële geneesmiddelen efficiënt en snel te testen, moet het proces ook opgeschaald worden.

Om dit te realiseren namen de onderzoekers contact op met het Leidse biotech bedrijf Ncardia (voorheen LUMC spin-off Pluriomics). Ncardia is gespecialiseerd in geneesmiddelenonderzoek gebruikmakend van stamcellen en ligt vlakbij op het Leiden Bio Science Park.

Ncardia heeft zowel het proces voor het opgroeien van de mini-hartmodellen als het testen van geneesmiddelen volledig geautomatiseerd door het inzetten van robots. Dankzij de automatisering kunnen nu in één keer duizenden mogelijke medicijnen tegelijkertijd getest worden op de mini-hartmodellen.

“Door de kennis van het LUMC over stamcelmodellen voor hartziekten te combineren met de automatisering, productie en data-analyse van Ncardia, hebben we een schaalbaar platform ontwikkeld dat al vroeg kan worden ingezet bij de ontwikkeling van nieuwe medicijnen voor het hart,” zegt Shushant Jain, directeur bij Ncardia. “Deze samenwerking slaat een brug tussen academisch onderzoek en toepassing in de industrie, en zorgt voor snellere en betrouwbaardere tests voor hartveiligheid en de ontdekking van nieuwe behandelingen.”

2000 geneesmiddelen getest

De onderzoekers hebben het platform gebruikt om ruim 2000 mogelijke geneesmiddelen getest voor de erfelijke hartritmestoornis CPVT1. Uit de testen bleek dat 100 geneesmiddelen mogelijk kunnen helpen. Davis: ”Deze 100 moeten nog uitgebreid verder onderzocht worden met als uiteindelijke doel nieuwe geneesmiddelen te identificeren. Ons onderzoek toont aan dat het geautomatiseerde platform een geschikt middel is om op grote schaal geneesmiddelen snel, betrouwbaar en efficiënt te testen.”

De bevindingen van de onderzoekers zijn recent gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Trends in Biotechnology.

Andere mogelijke toepassingen

Het platform kan ook gebruikt worden voor andere hartritmestoornissen of om te testen of chemische stoffen schadelijk zijn voor het hart.

“Ook kan het mogelijkheden bieden voor patiënten die niet reageren op de standaardbehandeling en waarvoor geen goed alternatief beschikbaar is. Met het platform kunnen we mini-hartmodellen maken uit de stamcellen van patiënten. Zo kan de behandeling volledig afgestemd worden op de patiënt,” sluit Davis af.  

Het LUMC is onderdeel van het Leiden Bio Science Park, een ecosysteem waar bedrijven en kennisinstellingen werken aan biotechnologie en het ontwikkelen van nieuwe geneesmiddelen. Op het park werken talent, startups, bedrijven en onderzoekers dagelijks samen om deze innovaties sneller bij patiënten te krijgen. Zo maken we de zorg stap voor stap beter en de wereld een beetje gezonder.

Deze samenwerking werd financieel ondersteund door de Provincie Zuid-Holland via een Innovatiecampussubsidie, met aanvullende financiering binnen het LUMC vanuit het Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW).