Cardiovasculaire gentherapie
Esther van de Kamp
- afd Experimentele Cardiologie
Hart- en vaatziekten vormen nog steeds de voornaamste doodsoorzaak in de westerse wereld, waarbij elk jaar 6-8% van de bevolking boven de 35 jaar en 10-15% van de bevolking boven de 50 jaar, wordt getroffen door een hartaanval. De huidige behandelingsmethoden kunnen met name vernauwingen in de grote kransslagaders tijdelijk verminderen. De meest toegepaste methode is ballondilatatie oftewel “dotteren”, maar dit kan niet altijd worden toegepast en leidt in 30-40% van de gevallen binnen een aantal maanden tot hervernauwing van de kransslagader. Dit proces staat bekend als restenose.
Gentherapie is de introductie van “therapeutisch” DNA of RNA in een cel/orgaan, zodat het wordt afgeschreven en lokaal een eiwit wordt gegenereerd, dat het ziekteproces kan vertragen of genezen. Gedacht kan worden aan het afremmen van restenose of het bevorderen van nieuwe bloedvatvorming. Het DNA kan met behulp van een recombinant virus (adenovirus of lentivirus) in de cel worden geïntroduceerd.
Het doel van onze projecten is een beter inzicht te krijgen in de verschillende moleculaire processen om uiteindelijk via gentherapie vasculaire en hartspier-herstel te bevorderen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van veel basale moleculair biologische en immunologische technieken, virale en celcultuur technieken, Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) analyses en de toepassing van virussen in experimentele diermodellen.
Onze projecten zijn onderverdeeld is drie afzonderlijke studies:
Genen betrokken bij vasculogenese:
Er zijn twee processen waardoor nieuwe bloedvaten worden gevormd: angiogenese en vasculogenese. Angiogenese is, in tegenstelling tot vasculogenese, de bloedvatvorming uit al bestaande bloedvaten. Bij vasculogenese worden bloedvaten gevormd vanuit stamcellen (in een embryo) of uit de vrij recent ontdekte “endotheliale voorlopercellen” (EPC’s, in een volwassene).
Angiogenese is een proces dat veel bestudeerd is en wordt. Wij hebben er daarom voor gekozen om ons te verdiepen in de genen betrokken bij vasculogenese. Want ook dit proces zal in volwassenen een grote rol spelen in de vorming van nieuwe bloedvaten.
Met behulp van een Affymetrix gene screen is een groot aantal genen gevonden die opgereguleerd zijn in endotheelcellen, tijdens de bloedvatvorming in het muizenembryo. Deze genen zouden als onderdeel van gentherapie o.a. de bloedvatvorming rond de vernauwde vaten kunnen stimuleren en hierdoor de bloeddoorstroom bevorderen. De gevonden opgereguleerde genen moeten gevalideerd worden. Dit gebeurt onder andere met behulp van een quantitatieve PCR (qPCR) op verschillende vasculogenese systemen, om een idee te krijgen van de genexpressie patronen in de verschillende systemen. Ook worden in situ hybridisaties uitgevoerd op zebravis embryo’s, om expressie in het vatensysteem te bevestigen.
Aan de hand van deze resultaten zullen specifieke genen worden geblokkeerd in zebravis embryo’s en zal gekeken worden van welke genen wordt uitgegaan voor het genereren van transgene of knockout muizen.
Op de afbeelding is vaatvorming te zien in een ontwikkelend muisembryo in celcultuur (embryoid body model).
Voorkomen en behandelen van hart en vaatziekten:
Om hart en vaatziekten te voorkomen is onderzoek nodig naar de oorzaken van het begin en verloop van de ziekte. Atherosclerose is een aandoening van de arteriën, waarbij vetafzettingen plaatsvinden en doorontwikkelen tot gevaarlijk dikke plaques. Deze bestaan uit verschillende componenten, waaronder veel ontstekingscellen zoals macrofagen en T-cellen. Een klassieke ontstekingsreactie begint als een antigen opgenomen wordt door Dendritische Cellen (DC's), die het presenteren aan bijvoorbeeld T-cellen. Om de ontsteking en de daarmee samenhangende plaqueformatie tegen te gaan, hebben wij als doel DC's te moduleren om atherosclerose ontwikkeling tegen te gaan. Om dit te bestuderen hebben wij een muismodel dat plaques ontwikkelt, gecombineerd met een transgeen DC muismodel.
Als de ziekte toch tot gevaarlijke situaties leidt bestaat de kans op vernauwingen van de coronaire arteriën, wat een infarct tot gevolg kan hebben. Om de bloedvoorziening in ischemische gedeelten te bevorderen kan een beroep op circulerende voorlopercellen gedaan worden. In het bloed komen circulerende endotheliale voorlopercellen (EPC's) voor die kunnen zorgen voor vaatherstel en vaatnieuwvorming (vasculogenese), een proces dat gedacht werd alleen plaats te vinden in de embryogenese. Het is nog niet zo lang bekend dat EPC's ook in volwassenen kunnen zorgen voor vasculogenese. Meer onderzoek is nodig om deze cellen volledig te kunnen exploiteren voor therapieën om de zuurstofvoorziening van het hart te stimuleren. In onze onderzoeksgroep doen wij onderzoek naar humane EPC's in patiëntenbloed en in een muismodel.
Heme oxygenase:
Naast de studies ter bevordering van het ontstaan van nieuwe vaten, worden eveneens studies verricht naar restenosis. Dit is het proces van hervernauwing van de kransslagader na een therapeutische dotterbehandeling (angioplastie), hetgeen leidt tot herafsluiting van de kransslagader.
Recente studies hebben een aantal factoren kunnen identificeren die de cellen in de vaatwand in een rustfase houden. Een van deze factoren is NO (nitric oxide), een product van NOS (Nitric oxide synthetase), dat met name tot expressie komt in de endotheelcellen van de vaatwand. Na een ballondilatatie (het zogenaamde “dotteren”) worden de endotheelcellen van een vat dusdanig beschadigd dat deze factoren niet meer worden geproduceerd, met als gevolg dat cellen gemakkelijker en sneller kunnen delen.
In het laboratorium hebben we een ander systeem geïdentificeerd dat betrokken is bij de regulatie van celdeling na vaatbeschadiging: het heme oxygenase systeem (HO). Dit systeem verhindert ongewenste restenose door productie van koolmonoxide (CO). Ons onderzoek richt zich op de bestudering van het werkingsmechanisme van deze CO-gemedieerde groei-inhibitie. Hierbij wordt het effect bestudeerd van HO-overexpressie (met behulp van een HO-recombinant adenovirus) op celgroei en celmigratie in celculturen. Daarnaast wordt het effect van HO1 bestudeerd in HO1 knockout muizen en HO1 knockout cellijnen die recentelijk zijn gegenereerd.