Oratie prof.dr. I. Meulenbelt

19 januari 2018

Artrose; van diversiteit in moleculaire paden tot effectieve therapie op maat


Rede uitgesproken door prof.dr. I. Meulenbelt 19 januari 2018 bij de aanvaarding van het ambt van hoogleraar met als leeropdracht Moleculaire Biologie van Artrose.

Mijnheer de Rector Magnificus, Leden van de Raad van Bestuur van het LUMC, Geachte toehoorders,

De meesten van u, boven de 45 jaar herkennen het vast. Stijfheid bij het opstaan, pijn en kraken van de gewrichten bij het bewegen. Het beperkt u in uw dagelijkse bezigheden. U gaat naar de huisarts. De diagnose wordt snel gesteld. Slijtage van de gewrichten. Onderdeel van het ouder worden. Niets aan te doen. Misschien krijgt u hoge dosis paracetamol of ibuprofen voorgeschreven. Misschien ook een cortisol injectie, of een afspraak bij de fysiotherapeut. Het is artrose een chronische aandoening van de gewrichten die langzaam maar progressief verloopt.

Ik zal er tijdens deze openbare les voor pleiten dat we artrose niet benaderen als een onbehandelbare vorm van slijtage, maar als een ernstige ziekte. Een ziekte waarbij wetenschappers, artsen en subsidiegevers alle zeilen moeten bijzetten om gedegen lijnen van onderzoek uit te zetten; vanaf, moleculaire paden tot-aan effectieve therapie.

De feiten

In Nederland zijn er 1.25 miljoen mensen met artrose. Tachtig procent van deze patiënten kampt dagelijks met pijn en bewegingsbeperking. Er is geen effectieve therapie die het ziekte proces kan vertragen, stoppen of laat staan genezen. Hierdoor zijn patiënten jarenlang afhankelijk van fysiotherapie, om stijfheid van gewrichten te beperken, en palliatieve zorg, om de pijn te verminderen. Dit om uiteindelijk een kostbare gewrichtsvervangende operatie te ondergaan op hoge leeftijd. De zorgkosten voor artrose bedroegen in 2011 - 1.1 miljard euro. Dat was gelijk aan 1.2% van de totale kosten van de gezondheidszorg in Nederland.*

Net als hart en vaatziekte, suikerziekte of dementie is artrose een complexe, aan veroudering-gerelateerde aandoening. Meerdere factoren bepalen gezamenlijk wie artrose krijgt en wanneer. Belangrijke risicofactoren voor het krijgen van artrose zijn; leeftijd, overgewicht, overbelasting, erfelijke aanleg en geslacht. Vrouwen hebben een hogere kans op artrose dan mannen. Door de toename van overgewicht, immobiliteit en de vergrijzing van de bevolking zal de ziektelast van artrose voor mens en maatschappij de komende jaren nog verder toenemen.

Hoe ontstaat artrose? Om dit goed te kunnen begrijpen moet ik u eigenlijk eerst uitleggen uit welke weefsels een gewricht bestaat, hoe een gezond gewricht functioneert en hoe het gewricht ontstaat tijdens de ontwikkeling.

Een gewricht bestaat uit 3 belangrijke weefsels, kraakbeen, het onderliggende bot, en een slijmvlieslaag. Het onderliggende, ofwel subchondrale, bot kun je zien als het fundament van het gewricht. De slijmvlieslaag, ofwel het synovium, produceert het gewrichtsvocht wat dient als smeermiddel. Als laatste het kraakbeen, het meest unieke weefsel van het gewricht. Ik wil even met u stil staan bij de kenmerken van het kraakbeen.

Kraakbeen

Kraakbeen is namelijk oersterk. Het vangt voor het bot enorme mechanische klappen op die, staan, lopen, rennen, en springen met zich mee brengen. Kraakbeen is tegelijkertijd zeer veerkrachtig en werkt als een spons. Bij ontspanning wordt gewrichtsvocht, samen met voedingstoffen, opgezogen. Bij belasting wordt gewrichtsvocht, samen met afvalstoffen, weg geperst. Het kraakbeen aan het gewrichtsoppervlak zorgt dat er nauwelijks wrijving optreedt tijdens bewegen. Voor de techneuten onder u; gewrichtsvlakken die tijdens het bewegen over elkaar heen wrijven hebben een wrijvingscoëfficiënt van slechts 0.001. Dat is 15x zo laag als bijvoorbeeld de wrijving van een bewegende schaats op ijs.

Kraakbeen heeft ook een optimale samenstelling en een hoge functionele capaciteit. De dikte van kraakbeen in gewrichten verschilt dan ook nauwelijks tussen mensen en olifanten. Dat wil zeggen, mensen, met een gemiddeld gewicht van 80 kilo, hebben ongeveer 2 millimeter dik kraakbeen. Olifanten met een gemiddeld gewicht van 3500 kilo, dat is 40x zoveel, hebben ongeveer 3 millimeter dik kraakbeen, dat is maar 1.5x zoveel.1

Gewrichtskraakbeen is bovendien het meest duurzame onderdeel uit je hele lichaam. Studies hebben aangetoond dat het hoofdbestanddeel van kraakbeen meer dan 50 jaar mee gaat, ongeacht schade of ziektes zoals artrose.2 Ter vergelijk; het oppervlak van je darmen wordt elke 5 dagen vervangen. Het bot iedere 10 jaar. Omdat gewrichtskraakbeen dus nagenoeg niet wordt vervangen tijdens het leven, zijn kraakbeencellen slecht uitgerust om herstelwerkzaamheden uit te voeren. Ofwel, de regeneratieve capaciteit, van kraakbeen is gering. Dit is de reden dat het artrose onderzoek in mijn groep zich richt op vroege herkenning van schade en aan de opsporing van mogelijkheden voor de ontwikkeling van therapie die ingrijpt voordat irreversibele schade aan kraakbeen is ontstaan.

Endochondrale verbening

Dat gewrichtskraakbeen een leven lang meegaat is zeer bijzonder. Zeker als we bekijken hoe kraakbeen zich gedraagt tijdens de ontwikkeling en de groei van de mens. Tijdens de ontwikkeling wordt het skelet namelijk in eerste instantie gevormd door kraakbeen. Kraakbeencellen zorgen daarna in de groeischijf voor de juiste lengte van beenderen. Na afloop van deze belangrijke taak is het lot van groeischijf kraakbeen en zijn cellen minder florissant. Kraakbeen in de groeischijf gaat namelijk niet een leven lang mee. Het ondergaat een desastreus proces genaamd endochondrale verbening. Dat wil zeggen, kraakbeencellen breken het kraakbeen af en plegen daarna een soort biologische zelfmoord. Ze offeren zich op voor botcellen die het gevormde skelet overnemen. De term endochondrale verbening moet u even onthouden. Dit proces komt een paar keer terug in mijn verhaal.

Hoe zit het dan met gewrichtskraakbeen wat de uiteinden van het bot gaat bevolken? Het kraakbeen van de gewrichten ontsnapt aan het desastreuze verbeningsproces. Echter, dit heeft zo zijn prijs: het gewrichtskraakbeen en zijn cellen staan gedurende hun lange leven onder controle. Ze staan onder een epigenetische controle om de neiging tot zelfopoffering voor bot cellen te onderdrukken en de specifieke kraakbeen eigenschappen te behouden.

Epigenetica

Epigenetica, is een verzamelnaam voor belangrijke stukken gereedschap die cellen gebruiken om specifieke erfelijke eigenschappen, ofwel genen, aan- of uit- te schakelen. Bijvoorbeeld de actieve genen in kraakbeen zorgen voor de specifieke eigenschappen sterk, elastisch en duurzaam. De actieve genen in bot zorgen voor de eigenschappen sterk, onbuigzaam en makkelijk te repareren. Enzovoort. U zult begrijpen dat het voor gewrichtskraakbeen, met zijn aangeboren neiging tot zelfopoffering, erg belangrijk is dat de epigenetische controle systemen goed functioneren. Bij disfunctioneren kan het leiden tot ziekte.

Wat gaat er mis in de weefsels van een gewricht met artrose.

Het artrose proces kenmerkt zich door afbraak van kraakbeen door kraakbeen cellen. Dit proces lijkt erg op endochondrale verbening. De patiënt voelt pijn wanneer het kraakbeen, op sommige plekken, volledig is afgebroken en botten direct over elkaar heen schuren. Botvormige uitsteeksels die groeien aan de randen van het gewricht veroorzaken bewegingsbeperkingen. Mede doordat het kraakbeen minder goed mechanische belasting opvangt, treden er in een later stadium ook veranderingen op in het onderliggende bot. Uiteindelijk, en als gevolg van deze processen, kunnen er ontstekingen in het gewricht ontstaan. Deze worden gedirigeerd vanuit het synoviale weefsel.

De kenmerken van artrose worden vastgesteld met behulp van klinisch onderzoek en een röntgenfoto. Tijdens het klinisch onderzoek kijkt de arts naar stijfheid, botvormige uitstulpingen en mogelijke ontsteking. Op de röntgenfoto wordt de diagnose gesteld aan de hand van een score, de zogenaamd Kellgren en Lawrence score. De hoogte van de score loopt van 0 – 4. Deze wordt bepaald door de mate en de combinatie van de aanwezigheid van de volgende kenmerken: gewrichtsspleet versmalling, bot uitstulpingen genaamd osteofyten en veranderingen in het onderliggende bot. Bij een Kellgren en Lawrence score van 2 wordt de radiologische diagnose artrose gesteld. De schade aan het gewrichtskraakbeen is dan al vergevorderd en vaak irreversibel.

Diversiteit

De genoemde kenmerken komen bij lang niet alle patiënten in dezelfde mate en hoedanigheid voor. Er zijn bijvoorbeeld patiënten zonder pijn waarbij er geen vezel kraakbeen in het gewricht over is. Dat terwijl er ook patiënten zijn met ernstige pijn klachten en minimale afbraak van kraakbeen. We zien bijvoorbeeld ook artrose patiënten die voornamelijk te maken hebben met bot dan wel kraakbeen veranderingen. Er is dus grote diversiteit in het ziekte proces.

In de afgelopen 20 jaar heb ik het moleculair epidemiologisch onderzoek aan de ziekte artrose vormgegeven; van de patiënt tot aan het molecuul.

Genetica

Tijdens mijn promotieonderzoek bij professor Eline Slagboom heb ik erfelijke risicofactoren van artrose onderzocht. Ik heb u al verteld dat erfelijkheid een belangrijke risicofactor is van artrose. Dit betekent dat de kans op artrose binnen families groter is dan de kans in de algemene bevolking. Met genetisch onderzoek kun je vaststellen welke erfelijke eigenschappen in de mens bijdragen aan het ontstaan van ziekte en daarmee het onderliggend moleculaire pad.

Om genetische studies goed te kunnen begrijpen hebben we een klein intermezzo nodig over ons erfelijk materiaal ofwel het DNA. Alle erfelijke eigenschappen zijn vastgelegd in onze genen. In totaal zijn er ongeveer 30.000 genen. Deze worden beschreven aan de hand van 4 letters: A, G, C en T. Het totale boek van alle erfelijke eigenschappen is geschreven met 3300 miljoen letters. In het DNA bevinden zich ook verschillen tussen mensen. De zogenaamde puntvariaties. Puntvariaties in het DNA komen heel vaak voor, maar veroorzaken lang niet altijd een effect. Als puntvariaties in, of in de buurt van, genen voorkomen kunnen zij de functie van het gen veranderen.

Ernstige puntvariaties in het DNA

Bijvoorbeeld als het woord GEZOND verandert in het woord GEWOND, verandert de betekenis van het woord totaal. In de genetica betekent dit dat de functie van het gen in sterke mate verandert. Dergelijke puntvariaties kunnen dan ook processen in het lichaam verstoren en ernstige vormen van ziekte veroorzaken. Omdat de puntvariaties van ouders op kinderen worden doorgegeven erven deze ziektes over in families.

In het begin van de jaren 90 van de vorige eeuw, werden we door professor Ferry Breedveld van de afdeling Reumatologie van het LUMC gewezen op een familie waarin artrose zich op zeer jonge leeftijd in meerdere gewrichten tegelijkertijd openbaarde. Artrose in deze familie werd dus waarschijnlijk veroorzaakt door een ernstige puntvariatie. Tijdens mijn promotie onderzoek heb ik de oorzakelijke artrose eigenschap niet gevonden. Wel hebben we het DNA van de familieleden zorgvuldig bewaard en zijn we op zoek gegaan naar additionele juveniele artrose families.

Met voortschrijdende technologie is het inmiddels mogelijk om op relatief eenvoudige wijze de gehele DNA code van een persoon te lezen. Puntvariaties die de functie van het gen verstoren kunnen hiermee worden opgespoord. Op deze manier hebben we in 2014 in twee juveniele artrose families een relatief ernstige puntvariatie in een gen aangetoond. In de eerste familie in het TNFRSF11B gen wat codeert voor het eiwit osteoprotegerine. In de tweede familie in het FN1 gen wat codeert voor fibronectine.3

Milde puntvariaties in het DNA

Ook de artrose die optreedt op latere leeftijd heeft een duidelijke erfelijke component. Het effect van de puntvariatie op de functie van het gen is wel milder. Bijvoorbeeld als het woord GEZOND, wordt veranderd in GESOND blijft de betekenis van het woord hetzelfde maar de eigenschap functioneert minder optimaal. Wie uiteindelijk de ziekte ontwikkelt en in welke hoedanigheid hangt naast de aanwezigheid van dergelijke puntvariaties ook af van de mate waarin andere risicofactoren aanwezig zijn. Belangrijk is, dat wanneer we weten welke milde puntvariaties het risico op artrose verhogen, we ook weten welk onderliggend moleculair pad kan leiden tot artrose bij grote groepen mensen. Het opsporen van deze milde puntvariaties vindt plaats door middel van genetische epidemiologisch onderzoek. Dat wil letterlijk zeggen puntvariaties in het DNA onderzoeken in grote groepen artrose patiënten en gezonde controles.

Genetische Epidemiologie

Om dergelijk genetisch epidemiologisch onderzoek uit te voeren heb ik samen met professor Eline Slagboom en professor Margreet Kloppenburg van de afdeling Reumatologie de Genetica, ARtrose en Progressie studie opgezet, ofwel de GARP studie. Deze studie bestaat uit ongeveer 200 broer/zus paren met symptomatische artrose in 2 gewrichtsgroepen. In de GARP studie heeft de promovenda Josine Min in 2008 een puntvariatie ontdekt in het DIO2 gen. Deze puntvariatie verhoogde het risico op het ontstaan van artrose in de bevolking.4

Functionele studies

Het DIO2 eiwit zet inactief schildklier hormoon om in de actieve vorm en met name in de cel. In de groeischijf geeft actief schildklier hormoon het signaal aan kraakbeencellen om over te gaan tot het plegen van biologische zelfmoord. Ofwel de laatste desastreuze stap in de endochondrale verbening, het proces waarover ik al eerder sprak. In vervolgonderzoek hebben we onderzocht op welke manier de puntvariatie in DIO2, het risico van artrose in gewrichten beïnvloedt. Om dit goed te kunnen onderzoeken is het van essentieel belang toegang te hebben tot de weefsels waar het ziekte proces zich af speelt.

De RAAK-studie

In nauwe samenwerking met de groep van professor Rob Nelissen van de afdeling Orthopedie van het LUMC hebben we daarom de Research in Articulair Artrose Kraakbeen opgezet, ofwel de RAAK studie. In deze studie verzamelen we bloed en restmateriaal van patiënten die een gewrichtsvervangende operatie ondergaan vanwege artrose. Restmateriaal bestaat uit bot, kraakbeen en synovium wat tijdens de operatie wordt verwijderd om het kunstgewricht te kunnen plaatsen. Omdat de gewrichtsweefsels direct na de operatie worden opgehaald kunnen we hieruit ook levende cellen isoleren die we in het laboratorium opnieuw kunnen aanzetten om kraakbeen en botweefsel te maken. De exacte mate van artrose aanwezig in de weefsels stellen we vast aan de hand van histologie in samenwerking met professor Judith Bovée van de afdeling Pathologie van het LUMC.

DIO2 en artrose

Terug naar de puntvariatie in het DIO2 gen en de vraag hoe deze puntvariatie bijdraagt aan het ontstaan van artrose. Het functionele DIO2 onderzoek werd in de afgelopen jaren door verschillende promovendi van mijn onderzoeksgroep uitgevoerd. Steffan Bos heeft aangetoond dat de puntvariatie de activiteit van DIO2 in gewrichtskraakbeen verhoogde. Wouter den Hollander toonde vervolgens aan dat dit werd veroorzaakt door verlies van epigenetische remming van DIO2 activiteit. Nils Bomer en Yolande Ramos hebben daarnaast laten zien, in een menselijk kraakbeen model èn in een muizen studie, dat verhoogde DIO2 activiteit, kraakbeencellen direct aanzet tot biologische zelfmoord en dat mechanische belasting dit proces nadelig beïnvloedt. Uiteindelijk hebben we laten zien dat door remming van DIO2 activiteit met een farmacologisch middel het nadelige effect mogelijk teniet kan worden gedaan.5

Het oplossen van de DIO2 puzzel heeft gezorgd voor een blauwdruk van experimenten die, samen met de RAAK-studie, ons artrose onderzoek nationaal en internationaal aanzien heeft gegeven. Door het effect van de opgespoorde puntvariaties op de activiteit van nabij gelegen genen vast te stellen hebben we in de laatste jaren een belangrijke bijdrage geleverd aan grote genetisch epidemiologische initiatieven.6-8 Mijn nauwe samenwerking binnen de Medical Delta met professor André Uitterlinden en doctor Joyce van Meurs van het Erasmus MC in Rotterdam is hier heel belangrijk geweest.

Op dit moment, onderzoekt de promovenda Evelyn Houtman in detail het effect van mechanische belasting op artrose kraakbeen èn het effect van remming van het DIO2 eiwit met behulp van het bestaande farmacologisch middel. In dit onderzoek kweken we nu allereerst ponsjes macroscopisch normaal kraakbeen van artrose patiënten en onderzoeken we de invloed van mechanische belasting op het functioneren. Bevindingen uit dit onderzoek kunnen bijdragen aan een wetenschappelijk gefundeerd advies aan artrose patiënten met betrekking tot gunstige en ongunstige effecten van beweging. Daarna zal worden onderzocht of het bestaande farmacologische middel dat DIO2 remt, in dit model verder het artrose proces kan voorkomen, vertragen en/of genezen.

Moleculaire epidemiologie

Naast het functionele onderzoek naar de moleculaire rol van specifieke genen, zoals DIO2, zijn de moleculaire artrose processen in het kraakbeen ook in een breder perspectief onderzocht namelijk via moleculair epidemiologisch onderzoek. Dat wil zeggen onderzoek naar moleculen in grote aantallen personen of weefsels.

We hebben aangetoond dat ongeveer 10.000 specifieke genen actief zijn in gewrichtskraakbeen. Zij bepalen de unieke eigenschappen van dit weefsel. Daarnaast hebben we aangetoond dat tijdens het artrose proces ongeveer 17% van de kraakbeen genen significant van activiteit verandert.10 Zij bepalen dus de eigenschappen die het artrose proces in kraakbeen kenmerken. Opmerkelijk was dat de genen Fibronectine en Osteoprotegerine belangrijk bleken. Fibronectine is het gen wat de hoogste activiteit heeft in kraakbeen. Osteoprotegerine was een van de genen die zeer sterk van activiteit veranderde tijdens het artrose proces. Misschien had u ze al herkend, maar deze genen heb ik zoeven al genoemd als oorzaak van artrose in de juveniele artrose families. De bevinding illustreert dat de eigenschappen Fibronectine en Osteoprotegerine naast hun oorzakelijke rol in juveniele artrose, ook een rol spelen in het artrose proces dat plaats vindt in willekeurige artrose patiënten in de bevolking.

Met Moleculair Epidemiologisch onderzoek in kraakbeen hebben we ook aangetoond dat het artrose proces ook in de brede zin gekenmerkt door verlies van epigenetische controle en dat deze processen worden beïnvloed door puntvariaties in het DNA zoals dat ook plaatsvindt bij het DIO2 gen.11, 12

Huidige onderzoek

Waarom blijft, ondanks de hoge sociale en economische ziektelast èn de vooruitgang in het onderzoek, de ontwikkeling van effectieve behandeling voor artrose toch achter? Er zijn verschillende oorzaken die ik graag met u wil bespreken. Ik wil u ook graag uitleggen hoe ik de drie pijlers van mijn onderzoek hierop heb afgestemd en waar ik met mijn leerstoel aan wil bijdragen. Dit onderzoek wordt grotendeels ondersteund door NWO, middels mijn VICI project, en door het Reumafonds.

De eerste reden waarom effectieve behandeling voor artrose achterblijft, is dat de diversiteit van het artrose ziekteproces niet wordt meegenomen bij de ontwikkeling van geneesmiddelen. Dat zal ik uitleggen. De farmaceutische industrie richt zich in algemene zin op de strategie; één medicijn voor alle patiënten. Deze strategie is nodig om de hoge ontwikkelingskosten van medicijnen terug te verdienen. Men richt zich daarom met name op medicijnen die symptomen van artrose aanpakken zoals pijn of op medicijnen die aangrijpen op kenmerken van artrose van de gemiddelde patiënt. Helaas, met pijnbestrijding kan het artrose proces ongehinderd voortschrijden. Bij het uittesten van 1 geneesmiddel voor alle patiënten zal slechts een klein deel van de patiënten het juiste medicijn, in de juiste dosis, op het juiste moment ontvangen. Hierdoor is de effectiviteit van geteste artrose medicijnen tot op heden niet aangetoond. Mede als gevolg hiervan heeft een groot deel van de farmaceuten zich teruggetrokken uit het artrose veld. Dit heeft een weerslag op vele betrokkenen; patiënten, artsen, wetenschappers.

De eerste belangrijke pijler van het huidige onderzoek bestaat daarom uit het op moleculair niveau in kaart brengen van de diversiteit van het artrose proces in kraakbeen en bot. De lagen van moleculaire data die we bestuderen zijn genetica, transcriptie en epigenetica. Ofwel, de puntvariaties, de activiteit van genen en hun controle mechanisme. Op basis hiervan kunnen we verschillende vormen van artrose op moleculair niveau van elkaar onderscheiden en passende effectieve aangrijpingspunten voor therapie afleiden. Ik zie dit als eerste belangrijke sleutel naar therapie-op-maat voor artrose.  

Belangrijk om te noemen is dat dit hoog dimensionale moleculaire onderzoek niet kan plaatsvinden zonder mijn inbedding binnen de afdeling Biomedical Data Sciences, de sectie Moleculaire Epidemiologie en de expertise van de verschillende core-faciliteiten van het LUMC. Ik wil graag noemen het Sequence Analyses Support Core onder leiding van doctor Leon Mei voor de verwerking van de ruwe moleculaire data. Het Bioinformatic Center of Expertise onder leiding van professor Jelle Goeman voor het toepassen van geavanceerde statistische modellen èn het Center for Computational Biology onder leiding van de professor Marcel Reinders voor cluster analyse en patroon herkenning.

De tweede reden waarom vooruitgang in onderzoek naar behandeling van artrose achterblijft, is dat bij ontwikkeling van medicijnen de biologische basis van het artrose proces in de mens niet wordt meegenomen. We komen hiermee bij de tweede belangrijke pijler van mijn onderzoek. Om de biologische basis van artrose te ontrafelen en specifieke aangrijpingspunten voor therapie af te leiden, zijn functionele studies in levende weefsels nodig. Ik pleit voor de ontwikkeling van een geavanceerd menselijk model systeem van artrose waarin de interactie tussen kraakbeen en bot weefsels tijdens het ziekte proces kan worden bestudeerd. Bovendien is het belangrijk dat additionele menselijke risicofactoren zoals bijvoorbeeld erfelijke aanleg of mechanische belasting in het model kunnen worden nagebootst. Een dergelijk menselijk model draagt ook bij aan de maatschappelijke behoefte om te streven naar alternatieven voor proefdieren.

Samen met professor Jaap den Toonder van de TU/Eindhoven werken we nu aan de ontwikkeling van een gewricht-op-chip model. Dit zijn apparaatjes waarin biochemische, mechanische, en omgevingsfactoren kunnen worden nagebootst en beheerst, via micro-fluidica en materiaal technologie. Menselijke stamcellen kunnen vervolgens in het model naast elkaar kraakbeen en bot aanmaken zodat interacterende gewricht weefsels ontstaan; ofwel een menselijk miniatuur gewricht. Het stamcel onderzoek vindt plaats in nauwe samenwerking met doctor Valeria Orlova en professor Christine Mummery van de afdeling Anatomie en Embryologie van het LUMC.

Door manipulatie van genen kunnen we in het model systeem ook gewrichtsweefsels maken die in de mens de aanleg voor een specifieke erfelijke vorm van artrose nabootsen. Door middel van mechanische belasting zal het artrose proces in gang worden gezet en kan het ziekte proces vanaf een vroeg stadium worden onderzocht. Door gebruik te maken van de aan- en afvoer kanalen, ofwel de micro-fluidica, kunnen we de weefsels ook blootstellen aan ander omgevingsfactoren. U kunt dan bijvoorbeeld denken aan ongunstige metabole factoren die vrijkomen uit vetweefsel of vrouwelijke hormonen. Ik wil hier graag onze samenwerking met doctor Nienke Biermasz van de afdeling Endocrinologie van het LUMC noemen. In samenwerking bestuderen we de invloed van afwijkende hormoonhuishouding op de gezondheid van gewrichtsweefsels.

Ik ben er van overtuigd dat de realisatie van een geavanceerd menselijk model systeem van een gewricht waarbij ook de effecten van belangrijke risicofactoren van artrose kunnen worden bestudeerd de tweede belangrijke sleutel vormt tot de ontwikkeling van een effectieve artrose therapie op maat

Het prototype van een dergelijk model wordt op dit moment gebruikt door 2 promovendi Alejandro Rodriguez Ruiz en Marcella Hoolwerff. Zij onderzoeken de biologische basis van de ernstige puntvariaties in Fibronectine en Osteoprotegerine. Zoals ik u eerder heb verteld, veroorzaken deze puntvariaties ernstige juveniele artrose in families en is de activiteit van de genen betrokken bij het artrose proces in veel grotere groepen artrose patiënten. Een belangrijk voordeel van het toepassen van ernstige punt variaties in een menselijk model systeem is dat zij een sterk negatief effect hebben op de functie van het eiwit. Het onderliggende ziekte proces is dus duidelijke aanwezig en kan goed worden bestudeerd. Om puntvariaties in artrose genen te introduceren maken we gebruik van een revolutionaire nieuwe techniek die CRISPR/Cas heet. Met CRISPR/Cas kan het DNA namelijk op iedere gewenste manier en op iedere positie zeer nauwkeurig en efficiënt worden veranderd.

Een derde belangrijke reden waarom de ontwikkeling van effectieve behandeling voor artrose achter blijft bij de vraag, is het feit dat de diagnose en monitoring van artrose nog steeds plaats vindt met behulp van röntgenfoto’s. Op een röntgenfoto is kraakbeen niet zichtbaar, wel het bot. Kraakbeenafbraak wordt dus gemeten aan de hand van de versmalling van de ruimte tussen de twee botuiteinden; de gewricht spleet. De kwaliteit van het kraakbeen of de ziekte activiteit is op een röntgenfoto dus niet zichtbaar. Vanwege het feit dat gewrichtsspleet versmalling een indirecte maat van kraakbeenafbraak is, is de röntgenfoto ook niet geschikt om veranderingen over de tijd te meten. Helaas wordt de effectiviteit van nieuwe artrose geneesmiddelen nog steeds vastgesteld op basis van zichtbare verbeteringen op een röntgenfoto.

7T MRI natrium

Om de veranderingen in de kwaliteit van het kraakbeen beter te kunnen monitoren is op de hoog-veld 7T MRI scanner een innovatief protocol ontwikkeld door professor Andrew Webb en doctor ingenieur Paul de Bruin van het Gorter centrum. Hiermee kan het natrium gehalte als maat voor kwaliteit van het kraakbeen worden vast gesteld. We hebben in een kleine groep patiënten en controles, kunnen aantonen dat de gemeten Natrium concentratie met 7T MRI inderdaad correleert met schade en leeftijd-gerelateerde verandering in knie kraakbeen. Verder onderzoek is nu nodig om de reikwijdte van deze techniek te evalueren en te valideren in een grote groep patiënten en controles. Helaas ontbreekt het op dit moment aan verdere financiering van dit onderzoek.

Biomarkers

Een andere methode om monitoring van ziekte processen in kraakbeen of subchondraal bot makkelijk te kunnen verrichten wordt geleverd door signaalmoleculen ofwel biomarkers. Idealiter kan een dergelijke biomarker in een vroeg stadium aangeven welk ziekteproces in het gewricht van de patiënt gaande is, wat de prognose van de patiënt is of voorspellen hoe goed een behandeling bij een patiënt zal aanslaan.

De derde pijler van mijn onderzoek is er daarom op gericht om een veelbelovend nieuw moleculair signaalmolecuul voor de genoemde artrose toepassingen te ontwikkelen. Het gaat hier om zogenaamde micro-RNAs. Micro-RNAs zijn kleine stukjes genetisch materiaal die zorgen voor de regulatie en controle van activiteit van genen en daarmee van specifieke processen in weefsels. Een vorm van epigenetische controle dus. Uniek is dat micro-RNAs via de bloedsomploop ook zorgen voor het uitwisselen van berichten over de toestand van de weefsels in het lichaam. Dit is het moment waarop we de micro-RNAs en hun boodschap kunnen onderscheppen en gebruiken als biomarker. Door toepassen van nieuwe technologie kan het volledige arsenaal aan micro-RNAs worden aangetoond in zowel weefsels als bloed plasma.

Door gebruik te maken van bestaande moleculaire datasets en het verzamelde bloed van de RAAK studie, kunnen we de micro-RNA in bloed meten en in relatie brengen met de ziekteprocessen die gaande zijn in het kraakbeen en bot. Bij aandoeningen zoals kanker zijn deze relaties al aangetoond. Dit onderzoek wordt uitgevoerd door Rodrigo Almeida de Couthino en zal de komende jaren een speerpunt van mijn onderzoek blijven.

Samenvattend om de ontwikkeling van effectieve behandeling op maat voor artrose mogelijke te maken wil ik met mijn leerstoel ten eerste bijdragen aan de karakterisering van de diversiteit van de moleculaire artrose processen in kraakbeen en bot. Ten tweede wil ik bijdragen aan de ontwikkeling van een innovatief menselijk model systeem van artrose waarbij de interactie tussen bot en kraakbeen kan worden bestudeerd. In dit model zal artrose in gang worden gezet door risicofactoren die in de mens bijdragen aan het ontstaan van artrose. Ten slotte richt ik mij op het opsporen van moleculaire signaalmoleculen in bloed die over het aanwezige ziekteproces in weefsels kunnen rapporteren.

Zoals u zich kunt voorstellen is het moeilijk om dit multidisciplinaire onderzoek binnen 1 vakgebied of afdeling te vangen. Het vereist nauwe samenwerking tussen wetenschappers van uiteenlopende disciplines; van moleculaire epidemiologie en (stam) cel biologie tot aan radiologie orthopedie en klinimetrie van artrose. Deze unieke combinatie van expertises is grotendeels aanwezig in het LUMC, maar is mijns inziens op het gebied van artrose te veel versnipperd. Ik pleit ervoor en zal me inzetten om samen met bijvoorbeeld de afdelingen Reumatologie en Orthopedie het interdisciplinaire artrose onderzoek binnen het LUMC, nationaal en internationaal nog beter op de kaart te zetten. Dit om in de nabije toekomst als 1 centrum van artrose expertise zichtbaar en herkend te worden door zowel subsidiegevers, samenwerkingspartners en artrose patiënten.

Onderwijs

Zoals duidelijk is geworden in mijn betoog komen er binnen mijn onderzoek maar ook in onderzoek in het algemeen, steeds meer kwantitatieve gegevens van patiënten en populaties beschikbaar voor analyse. Als gevolg van deze ontwikkelingen besteden (bio)medisch onderzoekers een steeds groter deel van hun tijd achter de computer en gebruiken zij andere programma’s zoals R om de grote data sets te hanteren en te analyseren.

Om studenten biomedische wetenschappen en medicijnen beter voor te bereiden op een carrière als wetenschapper in deze moderne tijd, moeten we binnen het LUMC het onderwijsaanbod op het gebied van bioinformatica, onderzoeksmethodologie en moleculaire epidemiologie blijven moderniseren. Ik zal me daartoe als lid van het Operationeel Onderwijs Overleg blijven inzetten. Een belangrijke stap in dit proces is de start van de nieuwe track data@work in de master Biomedische Wetenschappen. Een track opgezet door het initiatief van de opleidingsdirecteur doctor Jolanda van der Zee. Studenten kunnen zich nu beter bekwamen in dit belangrijke en dynamische vakgebied. Verder zal ik als mede-coördinator van onze FOS cursus “Molecular Data Science: discovering disease mechanisms and biomarkers in numbers”, het belang ook direct naar de studenten uitdragen. Het betekent naar mijn mening wel dat de kwaliteit en het aanbod van faciliteiten zoals computer- en overleg ruimtes voor studenten moet worden gewaarborgd en waar nodig worden uitgebreid.

Patiënten Participatie Artrose Leiden

Dames en heren ik sluit mijn rede af met het onderwerp patiënten participatie. Ik realiseer mij in toenemende mate dat ik, als moleculair biomedisch onderzoeker, het belang van patiënten participatie aan mijn onderzoek nog meer aandacht had kunnen geven. Participatie van patiënten kan bijvoorbeeld de kwaliteit van onze patiënt informatie formulieren enorm verhogen. Door betere uitwisseling van informatie kunnen artrose patiënten ook op een belangrijke manier bijdragen aan het kweken van begrip voor het fundamentele moleculaire cel karakter van ons onderzoek. Onderzoek wat misschien niet op korte termijn uitzicht geeft op behandeling maar wel langzaam en gestaag streeft naar effectieve behandeling op maat. Om artrose patiënten bij ons onderzoek te betrekken hebben we sinds kort de Patiënten Participatie Artrose – Leiden opgezet met hulp van Frédérique van Weering van de afdeling Public Health en Eerstelijnsgeneeskunde en het Ouderberaad Zuid Holland Noord. Ik zie er naar uit om de komende tijd middels de PPA-Leiden de samenwerking met artrose patiënten te versterken en verder uit te breiden.

Dankwoord

Mijnheer de rector, zeer gewaardeerde toehoorders. Ik wil graag mijn rede afsluiten met een dankwoord.

Het college van bestuur van de Universiteit Leiden, de Raad van Bestuur van het LUMC en het divisie bestuur. Ik ben u dankbaar voor het vertrouwen dat u in mij en mijn onderzoek heeft gesteld door mij op deze leerstoel te benoemen.

Een paar personen zijn uitzonderlijk bepalend geweest voor mijn weg naar deze leerstoel.

Allereerst Professor Slagboom, beste Eline, zonder jouw wetenschappelijke vorming had ik hier niet gestaan. Bovendien wil ik je bedanken voor het begrip en je betrokkenheid bij de ingewikkelde situatie waarin wij ons als dochter, partner, moeder en wetenschapper soms bevinden. Ik ben je erg dankbaar voor de ruimte en mogelijkheden die je me hebt gegeven om mijn vleugels uit te slaan en mijn eigen onderzoeksgroep op te zetten.

Professor Breedveld, beste Ferry in 1992 begon ik als promovenda bij TNO-Preventie en gezondheid aan het genetisch onderzoek naar artrose. Jouw rol als promotor werd, vooral in het tweede deel van mijn promotie onderzoek, belangrijk. Je herkende de uniciteit van de juveniele artrose familie en gaf aan ons de kans om de erfelijke oorzaak van de artrose in deze familie te ontrafelen. Nu 17 jaar later doen wij nog steeds onderzoek aan deze en andere artrose families. Tijdens de opzet fase van de GARP-studie in 2000 betrok je Professor Margreet Kloppenburg bij het artrose onderzoek. Mijn samenwerking met Margreet en de afdeling Reumatologie is vanaf dat moment van grote waarde geweest en gebleven. Dank daarvoor.

Professor Nelissen, beste Rob fijn dat wij regelmatig kunnen sparren over de RAAK studie en al het andere onderzoek. Dank voor al je inzet om deze unieke studie zo compleet en zorgvuldig samen met jou te hebben mogen opzetten.

Professor Steyerberg, beste Ewout een nieuw afdelingshoofd en een nieuwe afdelingsnaam Biomedical Data Sciences. Je hebt al veel nieuwe initiatieven opgestart en ik draag graag mijn steentje daaraan bij.

Doctor Ramos, beste Yolande. Jij hebt het functionele genomische artrose werk binnen mijn groep handen en voeten gegeven. Ik heb veel van je geleerd en ben je heel veel dank verschuldigd.

Alle onderzoekers met wie ik heb, en nog steeds, samenwerk. Jullie specifieke bijdrage is in mijn rede voorbij gekomen. Mijn dank is groot voor alle constructieve discussies en de interpretatie van bevindingen.

Alle artrose patiënten die belangeloos meededen en doen aan ons onderzoek. Het nauwe contact dat we hadden met sommige van jullie was heel inspirerend. Dank jullie wel.

Iedereen betrokken bij het Operationeel Onderwijs Overleg van de master Biomedische wetenschappen. Het is goed om samen het BW onderwijs naar een hoger plan te tillen

Mijn collega’s van de afdeling en mijn naaste collega’s van de sectie Moleculaire Epidemiologie. Ik wil jullie bedanken voor alle discussies, gezelligheid en samenwerking.

Mijn directe collega’s van het artrose onderzoeksprogramma van nu en van de afgelopen jaren. Jullie inzet voor het artrose onderzoek heeft het gemaakt tot een succesvolle onderzoekslijn. Specifiek wil ik noemen Nico Lakenberg en Eka Suchiman die zich week in week uit inzetten voor de RAAK studie en alle verdere verwerking van het biologisch materiaal. Mijn dank is groot. Jullie zijn mij allen dierbaar.

Lieve mam, wat zou papa trots geweest zijn dat ik hier nu sta en wat een gemis dat hij er vandaag niet meer bij kan zijn. Jullie hebben mij altijd uitgedaagd om kansen te benutten en te streven naar het hoogst haalbare. Dank voor jullie onvoorwaardelijke steun en liefde.

Suzanne en Liselotte, lieve meiden. Jullie zijn opgegroeid tot ontwapenend leuke mensen met humor en talent. Ik ben verschrikkelijk trots dat ik jullie moeder ben en enorm blij dat jullie mij daaraan af en toe helpen herinneren.

Lieve Guido, onze liefde vormt het fundament van mijn bestaan. Jij bent mijn rots in de branding!

Ik heb gezegd.


References

*      https://www.volksgezondheidenzorg.info/onderwerp/artrose.

[1]   Malda J, de Grauw JC, Benders KEM, Kik MJL, van de Lest CHA, Creemers LB, Dhert WJA, van Weeren PR: Of Mice, Men and Elephants: The Relation between Articular Cartilage Thickness and Body Mass. PLOS ONE 2013, 8:e57683.

[2]   Heinemeier KM, Schjerling P, Heinemeier J, Moller MB, Krogsgaard MR, Grum-Schwensen T, Petersen MM, Kjaer M: Radiocarbon dating reveals minimal collagen turnover in both healthy and osteoarthritic human cartilage. Sci Transl Med 2016, 8:346ra90.

[3]   Ramos YF, Bos SD, van der Breggen R, Kloppenburg M, Ye K, Lameijer EW, Nelissen RG, Slagboom PE, Meulenbelt I: A gain of function mutation in TNFRSF11B encoding osteoprotegerin causes osteoarthritis with chondrocalcinosis. Ann Rheum Dis 2014:10-205149.

[4]   Meulenbelt I, Min JL, Bos S, Riyazi N, Houwing-Duistermaat JJ, van der Wijk HJ, Kroon HM, Nakajima M, Ikegawa S, Uitterlinden AG, van Meurs JB, van der Deure WM, Visser TJ, Seymour AB, Lakenberg N, van der Breggen R, Kremer D, van Duijn CM, Kloppenburg M, Loughlin J, Slagboom PE: Identification of DIO2 as a new susceptibility locus for symptomatic osteoarthritis. Hum Mol Genet 2008, 17(12):1867-75.

[5]   Bomer N, den HW, Ramos YF, Meulenbelt I: Translating genomics into mechanisms of disease: Osteoarthritis. Best Pract Res Clin Rheumatol 2015, 29:683-91.

[6]   Styrkarsdottir U, Thorleifsson G, Helgadottir HT, Bomer N, Metrustry S, Bierma-Zeinstra S, Strijbosch AM, Evangelou E, Hart D, Beekman M, Jonasdottir A, Sigurdsson A, Eiriksson FF, Thorsteinsdottir M, Frigge ML, Kong A, Gudjonsson SA, Magnusson OT, Masson G, Hofman A, Arden NK, Ingvarsson T, Lohmander S, Kloppenburg M, Rivadeneira F, Nelissen RG, Spector T, Uitterlinden A, Slagboom PE, Thorsteinsdottir U, Jonsdottir I, Valdes AM, Meulenbelt I, van MJ, Jonsson H, Stefansson K: Severe osteoarthritis of the hand associates with common variants within the ALDH1A2 gene and with rare variants at 1p31. Nat Genet 2014, 46(5):498-502.

[7]   den Hollander W, Boer CG, Hart DJ, Yau MS, Ramos YFM, Metrustry S, Broer L, Deelen J, Cupples LA, Rivadeneira F, Kloppenburg M, Peters M, Spector TD, Hofman A, Slagboom PE, Nelissen R, Uitterlinden AG, Felson DT, Valdes AM, Meulenbelt I, van Meurs JJB: Genome-wide association and functional studies identify a role for matrix Gla protein in osteoarthritis of the hand. Ann Rheum Dis 2017, 76:2046-53.

[8]   Evangelou E, Kerkhof HJ, Styrkarsdottir U, Ntzani EE, Bos SD, Esko T, Evans DS, Metrustry S, Panoutsopoulou K, Ramos YF, Thorleifsson G, Tsilidis KK, Arden N, Aslam N, Bellamy N, Birrell F, Blanco FJ, Carr A, Chapman K, Day-Williams AG, Deloukas P, Doherty M, Engstrom G, Helgadottir HT, Hofman A, Ingvarsson T, Jonsson H, Keis A, Keurentjes JC, Kloppenburg M, Lind PA, McCaskie A, Martin NG, Milani L, Montgomery GW, Nelissen RG, Nevitt MC, Nilsson PM, Ollier WE, Parimi N, Rai A, Ralston SH, Reed MR, Riancho JA, Rivadeneira F, Rodriguez-Fontenla C, Southam L, Thorsteinsdottir U, Tsezou A, Wallis GA, Wilkinson JM, Gonzalez A, Lane NE, Lohmander LS, Loughlin J, Metspalu A, Uitterlinden AG, Jonsdottir I, Stefansson K, Slagboom PE, Zeggini E, Meulenbelt I, Ioannidis JP, Spector TD, van Meurs JB, Valdes AM: A meta-analysis of genome-wide association studies identifies novel variants associated with osteoarthritis of the hip. Ann Rheum Dis 2014, 73(12):2130-6.

[9]   Nelson MR, Tipney H, Painter JL, Shen J, Nicoletti P, Shen Y, Floratos A, Sham PC, Li MJ, Wang J, Cardon LR, Whittaker JC, Sanseau P: The support of human genetic evidence for approved drug indications. Nat Genet 2015, 47:856-60.

[10]  Ramos YF, den HW, Bovee JV, Bomer N, van der Breggen R, Lakenberg N, Keurentjes JC, Goeman JJ, Slagboom PE, Nelissen RG, Bos SD, Meulenbelt I: Genes involved in the osteoarthritis process identified through genome wide expression analysis in articular cartilage; the RAAK study. PLoS ONE 2014, 9(7):e103056.

[11]  denHollander W, Ramos YF, Bomer N, Elzinga S, van der Breggen R, Lakenberg N, de Dijcker WJ, Suchiman HE, Duijnisveld BJ, Houwing-Duistermaat JJ, Slagboom PE, Bos SD, Nelissen RG, Meulenbelt I: Transcriptional Associations of Osteoarthritis-Mediated Loss of Epigenetic Control in Articular Cartilage. Arthritis Rheumatol 2015, 67(8):2108-16.

[12]  denHollander W, Ramos YF, Bos SD, Bomer N, van der Breggen R, Lakenberg N, de Dijcker WJ, Duijnisveld BJ, Slagboom PE, Nelissen RG, Meulenbelt I: Knee and hip articular cartilage have distinct epigenomic landscapes: implications for future cartilage regeneration approaches. Ann Rheum Dis 2014, 73:2208-12.

[13]  Meulenbelt I, Kloppenburg M, Kroon HM, Houwing-Duistermaat JJ, Garnero P, Hellio Le Graverand MP, Degroot J, Slagboom PE: Urinary CTX-II levels are associated with radiographic subtypes of osteoarthritis in hip, knee, hand, and facet joints in subject with familial osteoarthritis at multiple sites: the GARP study. Ann Rheum Dis 2006, 65(3):360-5.

[14]  Meulenbelt I, Kloppenburg M, Kroon HM, Houwing-Duistermaat JJ, Garnero P, Hellio-Le Graverand MP, Degroot J, Slagboom PE: Clusters of biochemical markers are associated with radiographic subtypes of osteoarthritis (OA) in subject with familial OA at multiple sites. The GARP study. Osteoarthritis Cartilage 2007, 15(4):379-85.

[15]  Valdes AM, Meulenbelt I, Chassaing E, Arden NK, Bierma-Zeinstra S, Hart D, Hofman A, Karsdal M, Kloppenburg M, Kroon HM, Slagboom EP, Spector TD, Uitterlinden AG, van Meurs JB, Bay-Jensen AC: Large scale meta-analysis of urinary C-terminal telopeptide, serum cartilage oligomeric protein and matrix metalloprotease degraded type II collagen and their role in prevalence, incidence and progression of osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage 2014, 22:683-9.