Prof.Dr. F.J.T. Staal

15 januari 2010


TEKST VAN DE ORATIE


Rede uitgesproken door Prof.Dr. F.J.T. Staal bij aanvaarding van het ambt van hoogleraar bij de faculteit der geneeskunde met als leeropdracht moleculaire stamcelbiologie.


Mijnheer de Rector Magnificus, zeer gewaardeerde toehoorders,

Een oude Iers-Keltische sage vertelt over het mystieke land van Tir na Nog, het land van de eeuwige jeugd, gelegen in het verre westen. De Ierse held Oisin trouwt daar zijn bruid Niamh met het gouden haar, en 300 jaar lang leven zij in Tir Na Nog zonder ooit ziek te worden, of een dag ouder.  Toch krijgt Oisin heimwee naar  Ierland. Hij bezoekt zijn oude land waar al zijn vrienden lang geleden zijn gestorven. Hij reist op een magisch paard dat door de lucht kan vliegen en hem verbonden houdt met het land van de eeuwige jeugd.  Als hij stopt om een paar mannen te helpen een rotsblok op te tillen, verbleekt de invloed van Tir na Nog en wordt hij meteen een oude en blinde man.

Deze Keltische sage inspireerde de Schotse stamcel deskundige Ian Chalmers toen hij in 2003 een eiwit ontdekte met bijzondere eigenschappen.  Dit eiwit komt alleen voor in de cellen van prille embryo’s waar het ervoor zorgt dat cellen zich oneindig kunnen kopiëren alsof ze eeuwig jong zijn .  Bovendien zorgt het eiwit mede voor het vermogen van deze oercellen om zich te ontwikkelen tot elk van de 220 typen weefsels van ons lichaam. Chalmers noemde dit eiwit daarom Nanog, naar het land van de eeuwige jeugd uit de Keltische mythologie.  Nanog is met een beperkt aantal andere eiwitten essentieel voor de eigenschappen van stamcellen.

Stamcellen

Maar wat zijn nu die stamcellen?

Stamcellen zijn cellen uit ons lichaam die onbeperkt kunnen delen en zorgen voor de aanmaak van gespecialiseerde cellen, zoals bijvoorbeeld hartspiercellen, rode bloed- cellen of huidcellen.  Stamcellen zitten niet alleen in embryo’s, al zijn dat wel de eerste stamcellen en degene die het meeste kunnen.  Deze embryonale stamcellen zijn in staat zich tot elk type cel te ontwikkelen, dit noemt men pluripotent.  In de meeste organen van ons lichaam zitten ook stamcellen en wel de zgn. volwassen (adulte) stamcellen die zich ontwikkelen tot de cellen en weefsels van dat specifieke orgaan. Zo zijn er darmstamcellen, huidstamcellen, bloedvormende stamcellen en neuronale stamcellen in de hersenen.  Deze cellen noemt men multipotent, want ze kunnen zich tot alle cellen van dat orgaan ontwikkelen, maar niet tot alle cel typen.  Stamcellen zijn zeldzaam; de meeste cellen in ons lichaam zijn geen stamcel.  In feite zijn er twee belangrijke eigenschappen van stamcellen waarin zij verschillen van de bulk van de cellen in ons lichaam. Ten eerste het feit dat ze zich kunnen ontwikkelen tot alle typen cellen van een orgaan (multilineage differentiation). Ten tweede dat ze zichzelf  kunnen vernieuwen (self renewal).  Die laatste eigenschap is erg belangrijk, want als elke stamcel zich na deling gaat ontwikkelen tot een meer rijpe cel, blijven er al snel geen stamcellen meer over.

Laat ik dit verder verduidelijken aan de hand van het type stamcel waarvan we het meeste weten en dat ook in mijn laboratorium bestudeerd wordt: de bloedvormende stamcel, ook wel hematopoietische stamcel genoemd, afgekort de HSC. Ons bloed bestaat uit cellen en vloeistof, het bloedplasma.  Er is een groot aantal celtypen, rode bloedcellen, voor transport van zuurstof naar de organen en afvoer van kooldioxide, bloedplaatjes voor de bloedstolling om wonden te stoppen, en de witte bloedcellen.  Van die witte bloedcellen zijn er ook zo’n zes à zeven soorten, waarvan de lymfocyt belangrijk is voor ons afweersysteem.  Dit type cel is in staat om allerlei lichaamsvreemde organismen, zoals bacteriën en virussen specifiek te herkennen en te vernietigen.  Over de lymfocyten ga ik later meer vertellen, maar nu eerst de HSC.  Alle typen bloedcellen komen voort uit deze stamcellen.  De HSC zijn de eerste stamcellen die onderzoekers hebben ontdekt, nu zo’n kleine 50 jaar geleden.  Deze cellen bevinden zich in het beenmerg, waar 1 op de 100.000 cellen een stamcel is.  De stamcellen leveren alle typen bloedcellen, al naar gelang wat het lichaam nodig heeft, rode of witte bloedcellen of bloedplaatjes. En dat is een enorme behoefte, de stamcellen leveren via tussenstadia uiteindelijk elke dag 100 miljard rode bloed- cellen en honderden miljarden witte bloedcellen. Omdat de stamcellen zichzelf ook kunnen vermenigvuldigen, kan door beenmergtransplantatie een heel nieuw bloed- en afweersysteem gevormd worden.  Dit is het eerst ontdekt in muizen, maar werkt ook in patiënten. Stamceltransplantatie met bloedvormende stamcellen is de meest toegepaste vorm van stamceltherapie en de enige reguliere, toegepaste stamcel- therapie. U herinnert zich wellicht nog de prachtige overwinning van lange-afstand zwemmer Maarten van der Weijden op de Olympische Spelen van Peking vorig jaar.  Ik zal zelf het enthousiaste commentaar van Pieter van den Hoogenband niet snel vergeten. Maarten van der Weijden kreeg een vorm van bloedkanker of leukemie en wel acute lymfatische leukemie, vrij opmerkelijk want dit type kanker komt vooral voor bij kleine kinderen. Deze topzwemmer kreeg naast chemotherapie stamcel- transplantatie. De stamcellen vinden dan hun plek weer in het beenmerg en dankzij de unieke stamceleigenschap van zelfvernieuwing zorgen ze voor voldoende stamcelen om alle typen bloedcellen weer aan te maken.  In het geval van Maarten van der Weijden werkte deze therapie bijzonder goed, met als resultaat dat hij weer op topniveau kon trainen en presteren met als gevolg: de gouden Olympische medaille op de 10 km zwemmen in open water.

Overigens is het aardig hier te vermelden dat de eerste succesvolle stamceltherapie ter wereld nl. beenmergtransplantatie, in 1965 bij baby’s en in 1967 bij volwassen patiënten ,in het Academisch Ziekenhuis  Leiden plaatsvond. Dit alles onder de bezielende leiding van een team van prominente kinderartsen, immunologen en hematologen.  Ik noem hierbij de hoogleraren Jacques Vossen,  Dick van Bekkum  en Jon van Rood, samen met kinderartsen Dooren en de Koning. Uit het toenmalig AZL is het LUMC voortgekomen en ik beschouw het als een eer sommige emeriti nog regelmatig bij de wekelijkse Leidse stamcelsymposia te mogen ontmoeten, en van hun grote expertise te kunnen profiteren.

Wnt signalering en HSC

Stamcellen bevinden zich op speciale plaatsen in weefsels en organen waar ze signalen van buiten ontvangen die ervoor zorgen dat ze òf stamcel blijven òf zich differentiëren in rijpere celtypen. Dit soort plaatsen worden “stamcelniche” genoemd. Er is een aantal evolutionair geconserveerde signalen dat er bij vrijwel alle typen stamcellen voor zorgt dat stamcellen hun speciale eigenschappen van het stamcelzijn behouden. Zo blijken de zgn. Wnt eiwitten belangrijk te zijn voor stamcellen in de darm, huid, borsten en het bloed. In een complex samenspel met andere signalen uit de niche controleren ze wat er met de stamcellen gebeurt. Voor de HSC was het tot voor kort onduidelijk of Wnt eiwitten ook een belangrijke rol spelen in het reguleren van stamceleigenschappen. In de wetenschappelijke literatuur waren tegenstrijdige berichten verschenen over het belang van Wnt signalen voor HSC. Sommige onderzoekers claimden dat met behulp van Wnt eiwitten HSC konden worden vermenigvuldigd, anderen zagen juist nadelige effecten en verlies van stamcelactiviteit en weer andere onderzoekers claimden dat Wnt überhaupt niets doet op HSC. Nu hadden wij in ons laboratorium, een speciale muizenstam die nuttig zou kunnen zijn om de vraag te beantwoorden  of Wnt signalen belangrijk zijn voor HSC.  Er zijn in totaal 19 verschillende Wnt eiwitten en deze muizen missen het Wnt3a gen dat zorgt voor aanmaak van het Wnt3a eiwit. Verder zijn de muizen genetisch normaal al hebben ze wel veel afwijkingen in hun groei en ontwikkeling. Bovendien gaan de muizen dood als embryo in de baarmoeder. Toch kun je, als je er op tijd bij bent, op dag 12 van de embryonale ontwikkeling, HSC isoleren uit de lever. Tijdens de embryonale ontwikkeling is bij de meeste zoogdieren de lever een belangrijk bloedvormend orgaan. Ook is de foetale lever het enige orgaan waar normaliter HSC zich en masse vermenigvuldigen. Na de geboorte wordt de functie overgenomen door het beenmerg, waar de HSC zich dan bevinden. Floor Weerkamp, voormalig postdoc in mijn groep, en Tiago Luis, Portugese promovendus, ontdekten samen met de analisten Gita Naber en Miranda Baert dat er iets heel erg mis is met de HSC van muizen die geen Wnt3a hebben. Om dat te bekijken doen we een stamceltransplantatie in bestraalde muizen die dan weer een bloed- en afweersysteem opbouwen vanuit de getransplanteerde stamcellen. En hoewel de Wnt3a deficiënte HSC zich prima konden ontwikkelen in alle typen bloedcellen, konden ze zichzelf niet vernieuwen. De getransplanteerde muizen hadden veel minder HSC dan muizen getransplanteerd met normale stamcellen uit de zelfde moedermuis. En dit was helemaal goed te zien als je die stamcellen weer doortransplanteerde in volgende ontvangermuizen. Normaal gesproken moeten de HSC zich dan sterk vermenigvuldigen om weer een voldoende grote stamcelpool te hebben. Maar dat gebeurde nu helemaal niet.  Ofwel: het ontbreken van Wnt3a zorgde ervoor dat de zelfvernieuwing van HSC verdween. Hiermee hadden we genetisch bewijs dat Wnt signalering belangrijk is voor de zelfvernieuwing van HSC.  We weten nu dat Wnt3a een heel speciaal Wnt eiwit is, want alle Wnt activiteit, ook die welke misschien van andere Wnt eiwitten zou komen, is verdwenen in deze Wnt3a deficiënte HSC.  Dus Wnt3a is de belangrijkste van alle Wnt eiwitten voor zelfvernieuwing van HSC

Hiermee hebben we nu ook een biologisch model om te kijken wat voor genen en signalen normale zelfvernieuwing reguleren.  Het is tegenwoordig mogelijk om met behulp van DNA-microarray technologie alle genen van een muis of mens tegelijk te bestuderen.  Welke genen staan aan, welke uit en hoe hard staan ze aan?  Dat is belangrijk om dit soort fundamentele biologische processen echt te begrijpen.  Je krijgt als onderzoeker  dan een enorme berg informatie want op een kleine array van een vierkante centimeter staat informatie van 55.000 genen en genvarianten. Uiteraard hebben wij ook dit soort proeven gedaan met de stamcellen die Wnt3a missen en we zijn er nog steeds mee bezig. Samen met bio-informatici uit Delft (Dr. Dick de Ridder, Prof. Marcel Reinders) zijn we dit soort data aan het analyseren.  Wij hebben nu de genetische basis voor zelfvernieuwing van HSC in handen en deze is inderdaad anders dan die welke gevonden is bij de primitievere embryonale stamcellen.  Het zal nog veel werk zijn om dit ook functioneel te onderzoeken maar gelukkig hebben we onlangs subsidies verworven om dit tot op de bodem te gaan uitzoeken.  Uiteindelijk kan dat heel belangrijk zijn voor betere stamceltransplan-taties, al is het maar om klinische stamcelpreparaten die de patiënt in gaan, aan een kwaliteitstest te onderwerpen voor een aantal belangrijke zelfvernieuwingsgenen.

Daarnaast lijkt het erop dat het toevoegen van Wnt eiwitten als stamcelgroeifactor toch enig perspectief heeft.  Het is zeker niet zo spectaculair als eerder geclaimd, maar in combinatie met bekende groeifactoren is er een 2- tot 5-voudige expansie van echte HSC mogelijk, althans in de muis.  Dat lijkt misschien niet zo veel, maar klinisch kan dit heel belangrijk zijn.  Vaak zijn er voor stamceltransplantaties simpelweg te weinig stamcellen om de patiënt mee te behandelen.  Dit is een bekend probleem bij navelstrengbloed, maar kan ook  bij andere bronnen van stamcellen voorkomen.  Samen met professor Wim Fibbe en Dr. Jaap Jan Zwaginga, beiden van mijn eigen afdeling, willen we gaan onderzoeken of Wnt eiwitten ex vivo gegeven, het aantal stamcellen kan vermeerderen. Het ultieme doel hierbij is te komen tot een klinisch protocol voor ex vivo HSC expansie, maar dat ligt nu nog vrij ver weg .

Naast de eigenschap van zelfvernieuwing hebben HSC ook de eigenschap van differentiatie in allerlei celtypen. Verreweg de meest ingewikkelde differentiatie route is die van HSC naar lymfocyt.  Er zijn allerlei tussenstadia tussen HSC en rijpe lymfocyten die vreemde indringers kunnen aanvallen.  Er zijn drie typen lymfocyten: de B-lymfocyten, de T-lymfocyten en de NK-cellen.  T- en B-lymfocyten kunnen specifiek lichaamsvreemde stoffen herkennen met hun T- of B-cel receptor.  B-cellen ontwikkelen zich in het beenmerg en maken antistoffen die binden aan lichaamsvreemde stoffen, bijv. bacteriën.

De T-lymfocyt

De T-cellen of T-lymfocyten zijn afweercellen die circuleren door het bloed en de lymfeklieren, op zoek naar geïnfecteerde cellen, met als doel deze te doden. Bovendien kunnen ze andere afweercellen aanzetten tot een adequate afweerreactie. T-cellen zijn dus zeer gespecialiseerde cellen die erg specifiek te werk gaan.

T-cellen dragen op hun celoppervlak zogenaamde T-celreceptoren, moleculen waarmee ze andere lichaamscellen aftasten. Iedere T-cel draagt één type T-cel- receptor. Omdat een mens miljarden T-cellen heeft, kunnen alle T-cellen van een mens tezamen in principe iedere vreemde indringer herkennen. Al die miljarden verschillende T-celreceptoren worden gevormd door het willekeurig aan elkaar plakken (‘recombineren’) van verschillende gensegmenten die coderen voor delen van de T-celreceptoren. De aldus ontstane T-celreceptoren worden uitgebreid getest: ze moeten goed in elkaar zitten, maar ze mogen geen lichaamseigen structuren herkennen. Alleen cellen die er in slagen om een goede T-celreceptor te produceren, mogen uitgroeien tot volwassen (‘rijpe’) T-cellen.

Alle afweer- en bloedcellen in het lichaam ontstaan uit de HSC die zich bevinden in het beenmerg en deze ontwikkelen zich daar ook. Dit geldt echter niet helemaal voor T-cellen! Het recombineren van de T-celreceptor gensegmenten, het testen van de T-celreceptoren en het uitrijpen tot gespecialiseerde T-cellen zijn ingewikkelde processen, die in principe alleen plaats vinden in de thymus (zwezerik).  De thymus is een twee lobbig orgaan dat boven het hart ligt, ver verwijderd van het beenmerg. Inderdaad datzelfde orgaan dat zo smakelijk met een sinaasappelsausje in de betere restaurants op de menukaart staat.  Het unieke van de thymus is dat dit de enige plaats in het lichaam is waar de juiste signalen aanwezig zijn om HSC te sturen in de richting van T-lymfocyt.

Voorlopercellen uit het beenmerg reizen naar de thymus en beginnen daar aan hun

ontwikkeling tot T-cel. De zich ontwikkelende cellen in de thymus worden thymocyten genoemd. Het is nog steeds onduidelijk welk type voorlopercellen uit het beenmerg naar de thymus reizen. Zijn deze cellen voorbestemd om T-cel te worden? Of zijn het cellen die nog alle kanten op kunnen, maar die zich louter tot T-cel zullen ontwikkelen omdat ze in een thymus omgeving terechtkomen en signalen krijgen die hen tot T-celontwikkeling dwingen? Onderzoek in de muis en ook in de mens, waar  wij zelf ook aan hebben bijgedragen gaf aan dat de cellen die binnenkomen in de thymus zeer onrijp zijn; mogelijk waren het zelfs echte bloedstamcellen. Ze hebben wel de belangrijke eigenschap van zelfvernieuwing verloren, maar kunnen zich nog ontwikkelen tot alle typen witte bloedcellen, en tot megakaryocyten, de voorlopers van bloedplaatjes en zelfs tot rode bloedcellen.  Kortom, alle bloedceltypen zijn mogelijk.  Een HSC die de thymus binnenkomt, staat dus voor de beslissing om T-cel te worden (of althans dat te proberen) of niet.  To T or Not to T ? om Shakespeare te parafraseren.  Ook hier zijn allerlei signalen van de omgeving, het thymus-stroma, belangrijk in de sturing van deze beslissingen.  De thymus-omgeving maakt signaalstoffen die ervoor zorgen dat de thymocyten de verschillende ontwikkelingsstappen doormaken. Bepaalde signaalstoffen zetten thymocyten aan tot celdeling, andere zorgen bijvoorbeeld dat de recombinatie van de T-celreceptor gensegmenten begint. Hoewel de thymus al tientallen jaren intensief bestudeerd wordt,  is veel hiervan nog  onduidelijk en onbekend, al weten we wel dat zgn. Notch signalen belangrijk zijn om HSC richting T-cel te sturen.  Wat interessant is , is dat ook Wnt signalen in de thymus erg belangrijk zijn, al spelen ze in de thymus een andere rol dan in de stamcel niche.  Hier zijn het essentiële groeifactoren, die wanneer ze ontbreken, de differentiatie van thymocyten ernstig blokkeren. Dit heb ik zelf nog kunnen aantonen als postdoc in het lab van professor dr. Hans Clevers, met wie wij nog steeds uitstekend samenwerken. Inmiddels is in vele laboratoria bevestigd dat Wnt signalering belangrijk is voor de ontwikkeling van de vroegste thymocyten.  Zonder Wnt geen T-cel dus. Die Wnt eiwitten zorgen er nl. voor dat die heel vroege cellen, waarvan er maar een paar de thymus kunnen en mogen binnenkomen, flink gaan delen. Zo zorgen ze dat een flinke pool cellen aan het begin van de T-cel ontwikkelingsroute komt te staan.  Dat is ook belangrijk want de T-cel ontwikkelingsroute is een lange en gevaarlijke, de meeste cellen redden het niet in het herschikkings- en selectietraject dat volgt totdat een thymocyt als rijpe lymfocyt de thymus verlaat.  Niet alleen selectie aan de poort dus, maar ook tijdens de opleiding: een strenge selectie.  Twee zaken die in het huidige universitaire onderwijs niet altijd populair gevonden worden,  maar in elk geval in de thymus essentieel zijn om een goed functionerende T-cel af te leveren. 

Wat duidelijk geconcludeerd kan worden is dat Wnt signalering voor zowel HSC als T-cellen erg belangrijk is, alleen speelt Wnt signalering een heel andere rol in de thymus dan in de stamcel niche.  In de stamcel dicteert Wnt de beslissing zelfvernieuwing of differentiatie.  Hierbij zijn Wnt eiwitten nodig, want zonder Wnt lukt het niet, maar dat teveel Wnt ook niet goed is, blijkt uit onderzoek van een aantal laboratoria waaronder nog niet gepubliceerd werk van het onze.  Uw grootmoeder wist dat ook: te is nooit goed.  In het geval van Wnt signalering leidt te veel Wnt tot leukemie of tot uitputting van HSC en bij darmstamcellen of borstklier- stamcellen tot darm- of borstkanker.  In de thymus is Wnt ook nodig als groeifactor, maar ook hier is teveel Wnt niet goed. Machteld Tiemessen, postdoc in het lab, heeft voortbouwend op werk van prof. Clevers hier ook een bijdrage geleverd.   Maar hoe zit het dan met die Wnt signalen: geen Wnt kan niet, heel veel Wnt ook niet, er is dus een optimum.  Uit een samenwerking met prof. Riccardo Fodde van de afdeling Oncologie van het Josefien Nefkens Instituut van het EsamusMC, blijkt dat de sterkte van het Wnt signaal heel belangrijk is. Onze eertse experimenten geven duidelijk aan dat de optimale sterkte weer anders is voor HSC dan voor T-cellen terwijl andere witte bloedcellen daar net weer tussenin lijken te zitten.  Per celtype is er dus een optimale Wnt signaalsterkte, die verschillend is tussen de verschillende typen witte bloedcellen en de stamcellen. Deze optimale Wnt dosis zal in de toekomst ook erg belangrijk zijn als de Wnt route gebruikt gaat worden voor expansie van HSC ten behoeve van klinische toepassingen.

Stamcel therapie

Stamcellen staan erg in de belangstelling tegenwoordig.  En dat is niet zo gek want er is in principe heel veel mogelijk met stamcellen voor therapeutische doeleinden en dan niet alleen met HSC maar ook met andere typen stamcellen. Niet alleen de top- wetenschappelijke bladen schrijven over stamcellen en hun grote therapeutische mogelijkheden, ook populaire kranten en tijdschriften berichten over deze miraculeuze cellen waaraan wonderbaarlijke eigenschappen worden toegedacht.  Zo spreekt men van de fountain of youth en worden soms de meest bizarre therapieën voorgesteld en spectaculaire effecten geclaimd waarvoor geen enkele wetenschappelijke onderbouwing is.  Nog in 2006 stopte een bedrijfje in Rotterdam met het aanbieden van uiterst dubieuze stamceltherapieën bij multiple sclerose, een ernstige auto-immuun aandoening van het perifere zenuwstelsel die tot verlamming van spieren en uiteindelijk tot de dood kan leiden.  Uitbehandelde patiënten zochten  hun hoop bij dit soort “stamcelcowboys”.  Gelukkig is er door druk van veel goede artsen, onder meer van het ErasmusMC, en regelgeving van het ministerie een einde gemaakt aan de stamcel- activiteiten van dit bedrijf, die op zijn best als handel in hoop gekwalificeerd kunnen worden maar niet veel minder zijn dan kwakzalverij.  Het NRC Handelsblad schreef al dat de stamcelcowboys Rotterdam hadden verlaten.  Ook ik heb Rotterdam verlaten, al ben ik natuurlijk geen stamcel cowboy. Mijn komst naar Leiden heeft wel met stamceltherapie te maken, maar dan met de heel serieuze mogelijkheden die er hier in Leiden zijn voor het ontwikkelen van nieuwe stamcelgebaseerde therapie.  Dit alles overigens in goede samenwerking met diverse afdelingen van het ErasmusMC waaronder mijn oude afdeling. Er bestaan nl. nog al wat ziekten die het gevolg zijn van een foutje in de stamcel. Er zijn dan twee mogelijkheden: vervangen (d.m.v. stamceltransplantatie) of repareren (d.m.v. gentherapie). Om de gentherapie goed te kunnen uitleggen ga ik eerst meer vertellen over aangeboren aandoeningen van het afweersysteem, en dan kom ik op de gentherapie.

Gentherapie

Er is een groot aantal erfelijk aandoeningen waarbij meestal een gen defect is en een bepaald belangrijk eiwit ontbreekt dat een rol speelt in de complexe ontwikkelingsroute van HSC naar lymfocyt.  Dit soort aandoeningen heet: primaire immuundeficiënties.  Primair omdat ze aangeboren zijn en niet later in het leven verworven, en de immuundeficiënties slaan op een falend afweersysteem dat niet of heel slecht tot ontwikkeling is gekomen .  Het betreft hier dan ook ziektes van kleine kinderen, vaak van baby’s.

Het bekendste voorbeeld hiervan is de ernstige gecombineerde immuundeficiëntie, ook wel ‘severe combined immunodeficiency‘ (SCID) genoemd. SCID is een zeldzame, erfelijke ziekte die veroorzaakt kan worden door verschillende genetische defecten. De klinische symptomen van SCID manifesteren zich meestal in de eerste maanden na de geboorte waarbij herhaaldelijke infecties en chronische diaree vaak voorkomen. SCID is een dodelijke aandoening als er geen behandeling plaatsvindt. Het kenmerk van SCID is de afwezigheid van functionele T-cellen in het bloed, maar ook andere typen lymfocyten, zoals de hierboven genoemde B-cellen en/of NK-cellen

kunnen ontbreken bij dit ziektebeeld. Bij de meeste vormen van SCID zijn er mutaties in genen die een belangrijke rol spelen in de ontwikkelingsroute van HSC tot T cel; wederom is dan de vraag dus to T or not to T, in het bijzonder normale T cel ontwikkeling of deficiënte.

Stamceltherapie d.m.v. beenmergtransplantatie van een geschikte donor is een goede behandeling voor SCID. Aangezien niet voor alle SCID-patiënten een passende donor beschikbaar is, kan de zogenaamde gentherapie een alternatief bieden.  Bij gentherapie wordt een correcte versie van het gen dat de afwijkingen veroorzaakt, ingebracht in stamcellen of andere cellen van de patiënt.  De HSC is een ideale doelwitcel voor dit soort therapie omdat vanuit de HSC alle typen bloe cellen, inclusief aangedane lymfocyten, zich kunnen ontwikkelen. Dankzij de eigenschap van de zelfvernieuwing blijven het correcte gen en de gecorrigeerde lymfocyten in principe levenslang aanwezig en is het genetisch defect voorgoed gecorrigeerd. Bij gentherapie voor SCID wordt de correcte versie van het aangedane gen ingebracht in bloedstamcellen afkomstig uit het beenmerg van de patiënt. Voor de genoverdracht wordt gebruik gemaakt van kreupele virussen die zich niet meer kunnen vermenigvuldigen.  Deze virussen zijn zogeheten retrovirussen die van nature integreren in het gastheer DNA. De virussen zijn in het laboratorium zo veranderd dat zij in plaats van virale genen het therapeutisch gen in zich dragen. Deze virussen infecteren dan de stamcellen van de patiënt, maar omdat ze zich niet verder kunnen vermenigvuldigen, brengen zij alleen een correcte kopie van het aangedane gen over op de HSC. Deze procedure zorgt ervoor dat het therapeutische gen bij celdeling wordt overgedragen op iedere dochtercel, waaronder ook de zich ontwikkelende B- en T-cellen.

Voor twee vormen van SCID, ADA-SCID en geslachtsgebonden SCID, zijn al patiënten succesvol behandeld met gentherapie op basis van een gammaretrovirus. Deze aanvankelijk doodzieke kinderen konden dankzij deze therapie een normaal leven leiden en naar school gaan. Echter, door het ontstaan van leukemie na gentherapie bij 5 van de 25 patiënten is het enthousiasme voor deze vorm van therapie verminderd.  We weten nu precies hoe deze vorm van T-cel leukemie is ontstaan nl. door foutieve insertie van de therapeutische vector. Wanneer een retrovirus zich invoegt in het genetisch materiaal van de gastheercel kunnen onderzoekers niet bepalen waar dat gebeurt.  Soms komt het virus in de buurt van een gen dat kanker kan veroorzaken, een oncogen, waardoor dit gen geactiveerd wordt. Bij een aantal patiënten met leukemie werd een insertie van het virus teruggevonden in de buurt van LMO2, een bekend T-cel oncogen. Door het virus wordt het LMO2 gen aangezet hetgeen leukemie veroorzaakt. Het was aanvankelijk niet duidelijk waarom deze insertie met een dergelijk hoge frequentie voorkomt. Dr. Karin Pike in mijn lab heeft laten zien dat  in voorloper bloedcellen LMO2 van alle bekende T-cel oncogenen het hoogst tot expressie komt. Na stimulatie van voorloper bloedcellen met groeifactoren, een standaard behandeling bij gentherapie, worden ook andere  T-cel oncogenen tot expressie gebracht. Wij concluderen hieruit dat met name deze oncogenen open staan voor virale insertie. In experimenten waarbij we het LMO2 gen met behulp van een retrovirus tot overexpressie brachten in stamcellen, zagen we dat B-cellen en myeloïde cellen zich hieruit normaal konden ontwikkelen, maar dat T-cellen in hun ontwikkeling werden geremd en vast bleven steken in hun ontwikkeling. Ook hier dus de vraag to T or not to T?  Maar dan normale of maligne T cel ontwikkeling?

Verder moet wel worden vermeld dat van de vijf kinderen met leukemie er 4 door standaard chemotherapie zijn genezen en helaas een patiëntje is overleden.  Voor een experimentele therapie is dit uiteindelijk geen slecht resultaat, nl. een succespercentage van boven de 90%, al moet leukemievorming uiteraard worden voorkomen en is dit op zich geen aanvaardbaar bijverschijnsel.  Dit leidde echter wel tot koppen in De Volkskrant en NRC handelsblad  dat “Gentherapie Leukemie veroorzaakt”en “SCID gen is zelf oncogen”. Deze berichtgeving was te negatief over de ook evidente successen van gentherapie en was soms ook onjuist.  Het geeft te denken dat correcties op dit soort negatieve berichtgeving afgedaan worden met “Dit heeft geen  nieuwswaarde”. Ik kom hier later nog op terug.

Gentherapie in de toekomst

Hoe nu verder met de gentherapie, zo’n veelbelovende techniek voor de geneeskunde? Men heeft voorgesteld een ander vectorsysteem te gebruiken om genoverdracht veiliger te maken. Het is aangetoond dat andere vectoren, de zgn. lentivirale vectoren een minder nadelig integratiepatroon hebben dan gammaretrovirussen. Daarbij zijn er ‘zelf-inactiverende’ (SIN)-versies van dit systeem ontwikkeld. Bij SIN vectoren is de sterke virale ‘promoter-enhancer’ verwijderd, zodat de vector na integratie transcriptioneel inactief is. In dit systeem wordt voor het tot expressie brengen van het therapeutische gen een zwakkere interne promoter gebruikt.  De eerste resultaten internationaal en die van mijn eigen lab wijzen erop dat dit systeem inderdaad veiliger is.  Ook hebben we weten aan te tonen dat deze lentivirale gentherapie werkt bij muizenmodellen door gecorrigeerde stamcellen terug te geven aan muizen die een bepaald gen missen. Dit is het werk van Karin Pike, Peter Ng, Miranda Baert en Mark Rodijk en toont zgn ‘proof of principle’ aan voor stamcel gebaseerde gentherapie bij dit soort ziektes .

Sommige vormen van SCID worden veroorzaakt door het ontbreken van functionele eiwitten die cruciaal zijn voor de vorming van T- en B-cel receptoren, nl. de RAG1 en -2 eiwitten. Inactiverende mutaties in RAG1 en RAG2 leiden tot SCID met het ontbreken van  T- en B-cellen.  Ook zijn er andere aandoeningen aan de antistof producerende B-lymfocyten, die wij proberen te herstellen.  Dit betreft met name de ziekte XLA, X-linked a-gammaglobulinemie, een hele mond vol voor een ziekte die minder ernstig is dan SCID, maar die toch een moeilijk behandelbaar beloop heeft. Jongetjes met deze aandoening hebben geen antistoffen en zijn erg gevoelig voor bacteriële infecties, hetgeen met name op latere leeftijd tot ernstige longcomplicaties leidt en uiteindelijk tot de dood.  Samen met de afdeling Kindergeneeskunde (olv prof Dr. Egeler en de kinderartsen Bredius en Lankaster) , de apotheek en de groep van de hoogleraar gentherapie Hoeben, alsmede de hematologen Fibbe en Zwaginga willen we deze therapie naar de kliniek brengen voor een aantal primaire immuundeficiënties.  Ik verwacht dat op korte termijn voor een groot aantal monogenetische ziekten stamcelgebaseerde gentherapie met dit soort virussen toegepast gaat worden, hopelijk ook in Nederland, al ontbreekt hier vooralsnog adequate financiering.

Er is nog een andere, zeer veelbelovende ontwikkeling op stamcelgebied die ook invloed heeft op gentherapie voor deze ernstige immuunziekten.  In het begin van mijn rede vertelde ik over het eiwit Nanog, genoemd naar Tir na Nog, dat zo belangrijk is voor embryonale stamcellen.  Behalve Nanog zijn er nog andere genen ontdekt die in deze aller primitiefste stamcellen tot expressie komen.  Daartoe behoren genen met wat meer prozaïsche namen als Sox2, Oct4, Klf en c-Myc.  Een groep Japanse onderzoekers, onder leiding van Shinya Yamanaka, deed in 2006 een spectaculaire ontdekking.   Door volwassen huidcellen zo te modificeren dat zij de genoemde genen weer tot expressie gingen brengen werd de klok teruggedraaid en kregen deze cellen de eigenschappen van primitieve stamcellen terug. Met andere woorden de cellen werden gereprogrammeerd om weer pluripotent te worden.  Dit is nu mogelijk gebleken bij eigenlijk alle celtypen in mens en muis.  Dit type stamcellen staat bekend als geïnduceerde pluripotente stamcellen (induced pluripotent stem cells), afgekort als iPS.  Deze iPS cellen lijken in eigenschappen dus op de natuurlijk voorkomende embryonale stamcellen.

iPS cellen hebben een aantal grote voordelen vergeleken met gewone embryonale stamcellen. Er zijn geen menselijke embryo’s voor nodig, wat veel ethische bezwaren wegneemt.  Ze kunnen uit de cellen van de patiënt zelf gekweekt worden en zijn dus immunologisch gezien ook de perfecte donor want ze kunnen niet worden afgestoten.  Bovendien zijn deze cellen zeer geschikt voor drugscreening van allerlei potentiële geneesmiddelen.  Ook voor de gentherapie zijn er grote voordelen.  Het aangedane gen kan in dit soort cellen met standaard technieken , de zogenaamde homologe recombinatie, gerepareerd worden.  Dus geen potentieel gevaarlijke insertie met een virus meer, maar een echte reparatie van het gen. Deze patiënt specifieke , gerepareerde iPS cellen kunnen zich dan in de richting van bloedcellen ontwikkelen en daarmee kan de immuundeficiëntie hersteld worden.  Dit soort technieken is al toegepast voor bepaalde vormen van anemie, een gebrek aan rode bloedcellen.  Er liggen bij de toepassing van ipS cellen voor deze ziektes m.i. twee grote uitdagingen.  De eerste, (al deels opgelost) is het tijdelijk aan zetten van de pluripotentie genen.  Men wil natuurlijk niet dat deze genen, die een ongebreidelde groei veroorzaken in de patiënt, zich ook zo blijven gedragen.  Dat veroorzaakt dan zgn. teratocarcinoma’s, die juist als  eigenschap van iPS in het lab worden gebruikt, maar de therapeutische toepassingen bemoeilijken.  Het tweede probleem, dat veel lastiger op te lossen is, is hoe je op een goede manier van iPS naar bloedcellen komt.  Daar bedoel ik mee dat het al wel lukt om uit iPS cellen lymfocyten te maken, maar dat dit nog heel inefficiënt is: echte HSC ontstaan niet.  Deze bloedvormende stamcellen zijn wel nodig om permanent therapeutisch effect te hebben.  Gentherapie met iPS cellen is iets waar we hier in Leiden uitgebreid mee bezig zijn, in samenwerking met dr. Harald Mikkers en  prof Rob Hoeben.  Ik verwacht dat op veel gebieden van de regeneratieve geneeskunde op langere termijn iPS cellen belangrijk gaan worden, in de eerste plaats om normale ontwikkeling van cellen te begrijpen en voor drugscreening, maar ongetwijfeld ook voor klinische toepassingen, al zullen daarbij iPS cellen net als embryonale stamcellen niet vaak direct in de patiënt worden toegepast.  Zoals bij elke experimentele therapie zullen de veiligheidseisen en veiligheidsstudies de meeste tijd vergen totdat dit soort methodes bij patiënten kan worden toegepast.  En dan nog, dat leert de ervaring van de gentherapie bij SCID, zullen de echte risico’s alleen in klinische studies bekend kunnen worden.

Aandacht voor de wetenschap in de media; wetenschapsfinanciering

Er is in Nederland weinig aandacht voor wetenschap in de media, waar veel ons omringende landen dagelijks een pagina met  wetenschappelijk nieuws hebben, moeten wij het doen met de wekelijkse bijlage in een paar betere kranten. En deze wekelijkse bijlage bestaat grotendeels niet uit nieuws maar uit artikelen die een half jaar eerder of later ook gepubliceerd hadden kunnen worden. Ik moest aan de matige waardering voor wetenschappelijk nieuws denken toen vorig jaar zelfs de minister-president meende te moeten reageren op de breuk in de relatie tussen showbizzgirl Yolante Cabauw van Casbergen en zanger Jan Smit en er volop media aandacht was voor iets in feite onbelangrijks. Maar het betekent ook dat wij wetenschappers zelf een belangrijke rol hebben bij het beter naar buiten brengen van onze vindingen.  Ik was dan ook zeer aangenaam getroffen door de optredens van prof. Clevers en Mummery in televisieprogramma’s over stamcelonderzoek en kanker.  Dit is des te belangrijker omdat de financiering van het onderzoek in Nederland onder druk staat.  Natuurlijk, er moesten banken worden gered en er heerst een economische crisis, maar waarom heeft de overheid niet zoals Duitsland en Denemarken fors geïnvesteerd in wetenschappelijk onderzoek?  Dat levert hoogwaardige banen op, ook in de ondersteunende diensten en toeleveringsbedrijven.  De Duitse minister president Merkel investeerde 1 miljard euro extra in de wetenschap als middel ter bestrijding van de crisis en nog meer geld wordt na haar recente verkiezingsoverwinning in de Duitse wetenschap gestopt.  Mijn Duitse collega’s die ik op congressen tegen kom, lopen dan ook glimlachend om onze reagentia te vragen.  Helaas is onze minster van OWC grotendeels onzichtbaar in de wetenschap. Met een grote hoed op profileert hij zich duidelijk bij allerlei culturele manifestaties, wat prima is, maar minister Plasterk heeft zijn kennis van wetenschapsorganisatie en zijn contacten in het veld nog niet ingezet voor verdere versterking van de wetenschap in Nederland.

Robbert Dijkgraaf, de gedreven president van de KNAW, heeft ook gewaarschuwd voor de neerwaartse trend in de financiering van de Nederlandse wetenschap. De R&D-uitgaven als percentage van het bruto nationaal product nemen af en de achterstand op andere EU landen en zeker de VS en Japan neemt sterk toe.  Private uitgaven en  valorisatie vangen dit niet op.  Ook is het aantal bèta studenten in Nederland laag, een factor 6 lager dan bij onze competerende landen.  Dit heeft mijn inziens ook te maken met het PR-probleem van techniek en wetenschap in Nederland. In een rede van Robbert Dijkgraaf voor het Rotterdamse Bataafsch genootschap gaf hij de volgende paradox aan.  In alle EU landen werd onderzoek gedaan naar wetenschap en technologie.  Op de vraag of ziektes als kanker, AIDS en dergelijke door wetenschappelijke vooruitgang te genezen zijn scoorde Nederland het hoogst van alle EU landen, maar liefst 97% was het hiermee eens.  Maar op de stelling dat de overheidsuitgaven voor wetenschap dus moeten stijgen en minder geld naar sommige andere zaken moet gaan, scoorde Nederland het laagst, slechts 25% van de bevolking was het hiermee eens. Deze uitslag geeft aan dat er nog veel te doen staat om het hoge niveau dat de Nederlandse wetenschap nu internationaal heeft, te handhaven.  En dat terwijl mondiale vragen omtrent gezondheid, klimaat, energie en honger om wetenschappelijke innovatie schreeuwen.  Uiteindelijk is investeren in kennis, en dus ook in basale wetenschap,  goed voor de economie.

De praktijk van modern wetenschappelijk onderzoek

Mensen die mij wat beter kennen, weten dat ik een vrij fanatieke hardloper was -en nog steeds wel en beetje- ben  Het neerzetten van een goede hardloopprestatie op de langere afstand en het opzetten van een succesvolle wetenschappelijke researchlijn en –groep, lijken erg op elkaar.  Voor beide is een jarenlange toewijding en  training nodig en het volharden bij tegenslagen. Ook zijn allerlei mensen belangrijk, een trainer/coach, masseur, fysiotherapeut en de medeatleten bij de atletiek.  In de wetenschap zijn analisten, promovendi, studenten, postdocs en collega’s nodig om mee te sparren.  Bij beide “takken van sport” is apparatuur nodig en uiteindelijk ook flink wat geld.  En voor de echte topsport geldt, wat ook geldt voor topwetenschap: deze zijn beide mondiaal.  Je kunt maar één keer als eerste iets ontdekken en je kunt maar één keer als eerste de 5 km onder de 13 minuten lopen. Het is vaker gezegd: topwetenschap is topsport en vereist eenzelfde soort passie.  Wel is wetenschap, veel meer dan hardlopen, een teamsport.  In deze tijd van bezuinigingen, die met name het LUMC hard treffen, is het belangrijk de juiste keuzes te maken.  Op zich is het goed veel mensen op de projectgebonden financiering te hebben, zeker voor postdocs en promovendi lijkt me dat de enige juiste weg, want competitie om gelden betekent dat de betere groepen en het betere onderzoek overblijven.  Dan moet er wel een redelijk slagingspercentage bij projectaanvragen zijn, want als dit te laag is, en ver onder de 20% zakt, zoals nu vaak gebruikelijk is, gaan andere dan wetenschappelijke motieven een rol spelen of op zijn best wordt het een loterij.  In het team van mensen dat een laboratorium vormt, zijn de vaste analisten een belangrijke steunpilaar.  Ik wil hier een lans breken voor deze groep van laboratoriummensen, want zij vormen uiteindelijk de continuïteit in een groep.  Het is daarom belangrijk dat niet alle analisten op projectfinanciering komen te staan. 

De rol van werkgroepleider, of principle investigator (PI) wordt steeds belangrijker.  Zo’n persoon moet tegenwoordig een schaap met 5 poten zijn, natuurlijk is hij of in toenemende mate zij, wetenschappelijk goed getraind, maar ook moet deze persoon creatief zijn, verhalen kunnen schrijven, lezingen geven, geld binnen halen, onderwijs geven, de uitgaven van het lab in het oog houden, een heleboel papierwerk over veiligheid en bedrijfsvoering bijhouden en de resultaten van de groep kritisch bezien en plaatsen in de juiste internationale context.  Daarnaast heeft de PI de functie van coach voor zijn mensen.  In de geneeskunde en biomedische wetenschap zijn nu driekwart of meer van de studenten van het vrouwelijk geslacht.  Toch is de doorstroming van vrouwen naar hoogleraar of andere leidinggevende posities nog minimaal.  U hoeft alleen maar naar het cortège vandaag te kijken om dat te zien.  Er is hierover al veel gezegd door vele anderen en vaak worden het krijgen en het opvoeden van kinderen als oorzaak genoemd. Het is altijd wat gewaagd om als man dit onderwerp aan te snijden, maar als alleenstaand vader, nu al vijf jaar alleen verantwoordelijk voor de opvoeding van mijn zoon Ryan, meen ik hier iets over te kunnen zeggen.  De opvoeding van kinderen is het mooiste en moeilijkste wat er is, maar staat een succesvolle wetenschappelijke carrière niet in de weg.  Wel betekent het dat er gewoekerd moet worden met tijd en dat er steun moet zijn  uit de omgeving.  Ikzelf heb veel steun gehad van mijn ouders, mijn broers en een aantal vrienden, om alleenstaand ouderschap en wetenschap te combineren, waarvoor mijn grote dank.  In discussies over de jaren heen met mannen en vrouwen op mijn lab denk ik dat naast die kinderen nog iets anders meespeelt.  Vrouwen zijn vaak wat voorzichtiger over hun talenten, maar zeker niet minder gedreven!  Dat betekent dat vrouwen wat meer gecoacht en gestimuleerd moeten worden. Ook ontbreekt het, op enkele briljante vrouwelijke hoogleraren na, aan goede rolmodellen.  Hier ligt dus nog een grote uitdaging voor mannelijke hoogleraren om ook de vrouwelijke wetenschappers zo te begeleiden dat zij in toenemende mate de posities kunnen gaan bekleden die ze verdienen.

Dankbetuiging

Aan het einde van mijn rede gekomen wil ik enkele woorden van dank uitspreken. Ik dank het College van Bestuur van de Universiteit en de Raad van Bestuur van het LUMC voor hun visie en het vertrouwen dat ze in mij hebben gesteld met deze benoeming.  Veel dank ook aan de mensen in mijn groep, waarvan ik er al een aantal heb genoemd voor jullie harde werk; mijn benoeming is ook een beetje beloning voor jullie!  Speciaal noem ik de promovendi en promovendae die ik tot nu toe als copromoter heb begeleid: Peter, Mascha, Floor, Cindy, Karin, Tiago, Kim en Anna Sophia.  Dames en toch ook heren studenten, promovendi en postdocs,  met plezier zal ik voor u een gids zijn en mijn  uiterste best doen uw coach te zijn op het grillige pad der wetenschap.

Ik heb het voorrecht gehad te mogen werken onder  een aantal topwetenschappers als coaches , supervisors en begeleiders. Na mijn studie Medische Biologie in Utrecht heb ik ruim vier jaar op het Genetics Department van Stanford University Medical School doorgebracht.  Deze warme zee van topwetenschap heeft mijn denken permanent beïnvloed.  Daar komt bij dat mijn promotores Len en Lee Herzenberg een fantastisch team van stimulerende mensen om zich heen hadden waar ik veel van geleerd heb, niet alleen in wetenschappelijke zin.  De hippieachtige, ontspannen  sfeer op een toplab is heel bijzonder. Hierna heb ik op het NKI bij prof. Spits de fascinatie voor de thymus meegekregen, weer terug in Utrecht heb ik echte moleculaire biologie geleerd bij prof. Clevers en vervolgens heb ik in Rotterdam bij prof. Van Dongen het oog voor detail geleerd en de ruimte gekregen om een eigen groep op te bouwen en te groeien onder Van Dongen en Benner in een stimulerende omgeving.  Nu in Leiden op de afdeling IHB van Fibbe staat de translationele wetenschap hoog in het vaandel.  Dat betekent en top basaal onderzoek doen (laten we dat niet vergeten!) en de vertaalslag naar de kliniek maken.  Ik voel me enorm gestimuleerd in deze omgeving mijn groep verder uit te bouwen. 

Mijn ouders hebben mij altijd enorm gesteund en ook mijn broers Paul, Peter en Wouter.  Met name in moeilijke tijden rond de ontvoeringen van Ryan en alle juridische strubbelingen die nu ook weer lopen is het een enorme geruststelling zulke kanjers achter me te hebben staan.  Ryan, jij bent enorm belangrijk voor me, en hoewel papa soms erg druk is met zijn werk, doe ik niets liever dan met jou sporten, lezen of voetbal kijken.  Je kunt altijd op mij rekenen.

Tenslotte, heb ik bij mijn komst naar Leiden en het LUMC, een vermaarde instelling aangetroffen waar zeer veel wordt samengewerkt in een goede sfeer.  Dit warme intellectuele klimaat doet me denken aan mijn Stanford tijd.  Inderdaad, de universiteit van Leiden is de meest Angelsaksische van de Nederlandse universiteiten, zo vertelde de rector magnificus mij al.  Ik denk hierbij aan de samenwerkingen met de hoogleraren Fibbe, Koning, Melief, Egeler, Hoeben, Mummery, Tanke, Rabelink, van Zonneveld, Guchelaar, Quacks, Noordermeer, en vele anderen en hun talentvolle medewerkers. Ik hoop dat we op korte termijn deze samenwerking kunnen uitbouwen en komen tot een Leids Stamcel Instituut. Ik beschouw het als een voorrecht met deze mensen te mogen samenwerken en als een prachtige uitdaging ons basale onderzoek aan stamcellen en lymfocytaire ontwikkeling te vertalen naar therapeutische toepassingen.

Ik heb gezegd.