Geen andere, maar een nieuwe lever

Donorlevers zijn er nog steeds te weinig. En als ze er al zijn, laat de kwaliteit vaak te wensen over. Intussen wordt hard gewerkt aan een revolutionair alternatief: nieuwe levers maken.

Twintig procent van de mensen die op de wachtlijst staan voor een levertransplantatie overlijdt voortijdig. Het gaat om dertig, veertig patiënten per jaar. „De ironie is dat een groot deel van deze mensen behandelbaar is, als zij op tijd een lever kunnen krijgen”, zegt lever- en transplantatiechirurg Jan IJzermans van het Erasmus MC in Rotterdam. „Er is een groot tekort aan transplantatielevers.”

En het probleem wordt nog altijd nijpender, vertelt IJzermans verder. Vroeger kwamen donororganen vooral van hersendode donors, meestal verkeersslachtoffers die relatief jong waren overleden. Maar tegenwoordig zijn donors steeds vaker ‘hartdoden’, mensen die overlijden omdat hun hart na het stoppen van een behandeling het uiteindelijk begeeft. IJzermans: „De leeftijd van deze donoren is een stuk hoger en dat is merkbaar aan de kwaliteit van de organen. Bovendien zijn ze overleden na een lang ziekteproces, en hebben de organen hebben een zuurstoftekort ontwikkeld als ze uitgenomen worden. Dat levert schade op en is nadelig voor een succesvolle transplantatie. Ook zijn levers van de donors tegenwoordig als gevolg van overgewicht vaker vervet. Deze vervetting is in principe iets wat in het lichaam van de ontvanger weer kan verdwijnen, maar niet ideaal omdat er een grotere kans is dat het orgaan niet functioneert na transplantatie.”

De oplossing voor het tekort aan donorlevers moet volgens IJzermans komen vanuit de technologie. Eerst door minder goede levers voor de transplantatie weer op te peppen, maar later wellicht door in het laboratorium nieuwe transplantatielevers te kweken.

Vandaag: Donorlevers opknappen

Sinds kort zetten transplantatie-artsen een uitgenomen donorlever vaak eerst aan de beademing. Dat gebeurt met een speciaal apparaat waarin het orgaan wordt gekoeld en doorgespoeld met een zuurstofrijke vloeistof. „Zo kunnen we suboptimale levers weer oplappen”, zegt IJzermans. „Het werkt, maar de tijd om schade te herstellen is beperkt. De lever kan hooguit een paar uur in het apparaat blijven.”

Levers die lang stilliggen in een perfusieapparaat krijgen op een gegeven moment ‘doorstroomproblemen’, zegt IJzermans. „Wat eigenlijk ontbreekt is de voortdurende massage die de lever normaal krijgt in de buikholte – door het middenrif dat op een neer gaat met iedere ademhaling en door de lichaamsbeweging.” Daarom gaat IJzermans samen met ingenieurs van de TU Delft aan de slag om een apparaat te ontwikkelen dat de lever tijdens de perfusie in beweging houdt. „Dat is nog wel een uitdaging”, zegt hij, „maar als we donorlevers dagen in plaats van uren goed kunnen houden, is dat een grote winst. Behalve dat we donorlevers dan langer goed kunnen houden, zouden we de organen ook medicinaal kunnen voorbehandelen, of misschien ook vervette levers beter kunnen ontvetten.”

Zoals bij iedere orgaantransplantatie is het van belang dat de weefselkenmerken van donor en ontvanger ‘passen’, anders ontstaan er grote problemen met afstoting. Dat maakt dat patiënten vaak lang op hun donororgaan moeten wachten. De lever is zo’n vitaal orgaan in het lichaam dat vervanging meer complicaties met zich meebrengt dan die van andere organen. Patiënten met een slechte lever hebben vaker last van een infectie. Die moet eerst bestreden worden voordat er kan worden getransplanteerd. Dat betekent soms dat een geschikte donorlever aan een patiënt voorbijgaat.

Wrang, want de kansen voor een patiënt worden steeds kleiner. „Iedere dag tikt het klokje”, zegt IJzermans. „Het gebeurt dat mensen op de wachtlijst staan voor transplantatie maar tegen de tijd dat er een geschikte lever voor hen beschikbaar komt, blijkt dat ze niet meer voldoen aan de criteria. Bijvoorbeeld mensen met leverkanker komen in aanmerking voor transplantatie als de tumor niet groter is dan vijf centimeter. Maar als de tumor in de wachttijd groter is geworden dan die vijf centimeter, komen ze niet meer in aanmerking. Dat is heel zuur, maar wel de realiteit. Als je op tijd transplanteert heeft driekwart een goede prognose.”

IJzermans verwacht niet dat hij met het opknappen van minder geschikte donorlevers het tekort volledig zal kunnen oplossen. „Er komen naar verwachting niet meer levers beschikbaar, dus we zullen op zoek moeten gaan naar alternatieven.” Hij heeft troeven achter de hand. Samen met de Rotterdamse onderzoekers Luc van der Laan en Joost Gribnau probeert hij manieren te vinden om levers te kweken. Dat onderzoek verkeert nog in het experimentele stadium maar het zijn misschien de oplossingen van morgen en overmorgen.

Morgen: Matrix inzaaien met levercellen

Een nieuwe lever maken, zou dat kunnen? Medisch bioloog Luc van der Laan van het Laboratorium Experimentele Transplantatie en Intestinale Chirurgie van het Erasmus MC wil er afgekeurde of overgeschoten donorlevers voor gebruiken. In het lab laat hij zien hoe dat werkt. Van der Laan is er vrij zeker van dat het gaat lukken om zo een functioneel orgaan weer op te bouwen.

Een losse menselijke lever ligt al dagen „aan de pomp”. Een siliconenslang die is aangesloten op de poortader voert een sterke zeepoplossing toe, een andere, iets dikkere slang voert de vloeistof weer af naar een container op de grond. „Op deze manier kunnen we alle cellen uit het orgaan halen”, zegt Van der Laan. „Wat overblijft is de matrix, een lege lever, die opnieuw ingezaaid kan worden met levercellen. De matrix dient als een soort steigerconstructie voor het opnieuw opbouwen van een orgaan.”

Het voordeel is dat deze lever al precies de juiste infrastructuur bevat die nodig is voor een goede werking: de bloedvaten en galgangen zitten al op de juiste plaats. En als er voor het inzaaien van het orgaan patiënteigen cellen worden gebruikt, is er waarschijnlijk ook geen probleem meer met afstoting na de transplantatie.

Dit concept werkt in een rat, zo bleek al zes jaar geleden uit onderzoek onder leiding van Korkut Uygun van Harvard Medical School (Nature Medicine, juli 2010). Maar dat vertalen naar een veilige ingreep voor menselijke patiënten is nog een flinke stap verder. „Rattenlevers zijn een stuk kleiner dan de anderhalve kilo zware menselijke levers”, zegt Van der Laan. „En natuurlijk werkten ze in die eerste proef met heel slanke, kerngezonde ratten. Zo moet je beginnen, maar het staat nog ver af van de ernstig zieke patiënten die wij willen behandelen.”

Het is in Rotterdam nu gelukt om een menselijke lever helemaal celvrij te maken. Onder de microscoop zijn geen celkernen meer te zien. Het lege orgaan bestaat hoofdzakelijk nog uit collageen en elastine; eiwitten buiten de cellen die het orgaan zijn stevigheid geven. Van der Laan: „De eerste lever die we zo uitspoelden was helemaal wit. Nu proberen we met een iets mildere zeepoplossing meer van de eiwitstructuur over te houden. We hopen dat zo de signaalmoleculen intact blijven die straks patiënteigen cellen helpt hun weg vinden in de lege lever en zich te nestelen op de juiste plaatsen om weer nieuw weefsel te laten groeien.”

Het is ook nog de kunst om voldoende levercellen te kweken om het orgaan weer te vullen. Ook daarmee is Van der Laan al begonnen. „Inmiddels hebben we in ons lab al levercellen van wel tachtig patiënten gekweekt. Dit is nu nog materiaal voor onderzoek. Maar het doel is om straks patiënten te kunnen helpen met hun eigen cellen”

Dat gaat het beste met stamcellen, legt Van der Laan uit: „Gewone levercellen kun je ook wel kweken in een bakje, maar ze groeien dan niet meer. Ze delen niet en de leverfunctie neemt gestaag af. De oplossing is het gebruik van stamcellen, want die putten niet uit in de kweek. Eén stamcel levert tot wel een miljoen levercellen.”

Voor het kweken van stamcellen gebruiken de Rotterdammers het recept van stamcelbioloog Hans Clevers van het Hubrecht Instituut in Utrecht. Clevers ontdekte dat stamcellen kunnen groeien in zogeheten organoïden; mini-orgaantjes die in een speciale kweekgel bolletjes weefsel vormen. „Deze techniek leent zich heel goed om de productie van identieke cellen op te voeren. Je begint met een leverstamcel die je met een klein bioptje met een dunne naald uit de lever van de patiënt kunt halen. Het zou dan nog een aantal maanden in beslag nemen om voldoende levercellen te kweken om een volledige lever te vullen. Alleen een leverlob kost denk ik vier tot zes weken. Maar de tijd is niet zo heel belangrijk, want bij chronische leverpatiënten heb je een vrij lange periode.”

De eerste toepassing zal waarschijnlijk een gedeeltelijke transplantatie zijn, waarbij de patiënt (een deel van) zijn eigen lever behoudt en er een gekweekte leverlob wordt bijgezet. „Dat zou een alternatief kunnen bieden aan patiënten met levercirrose”, zegt IJzermans.

Al eerder probeerden onderzoekers een zieke lever te herstellen door stamcellen in de bloedbaan of direct in de lever in te spuiten. Dat had tot nu toe weinig succes. „Waarschijnlijk mislukte dit omdat deze stamcellen geen lege plek konden vinden om zich te vestigen”, zegt Van der Laan. „Onze matrix op basis van oude levers is daarentegen een prachtige lege omgeving voor stamcellen. Een nieuwe lever gevuld met eigen cellen heeft grote voordelen voor de patiënt, omdat er waarschijnlijk geen immuunonderdrukking meer nodig is na de transplantatie.”

Overmorgen: Mensenlevers kweken in varkens

En wat te denken van ‘spaarvarkens’, zoals moleculair bioloog Joost Gribnau ze noemt? Dat zijn varkens waarin door middel van moderne genetische technieken een geheel menselijke lever groeit. Dat lijkt sciencefiction, maar de dag waarop dit kan is niet meer ver weg, zegt Gribnau. Simpel gezegd gaat dat als volgt. In een embryo van het varken worden de cruciale genen die nodig zijn voor de aanmaak van de lever uitgeschakeld. Zonder lever zou het embryo al snel doodgaan. Maar door er nu menselijke stamcellen aan toe te voegen, vullen die het gat op van de missende varkencellen. Teruggeplaatst in een draagmoeder wordt er een biggetje geboren met een volledig menselijke lever in zijn lijf. Patiënten met een chronische leveraandoening zouden met zo’n spaarvarken op maat geholpen kunnen worden.

Dit geeft een heel nieuwe draai aan het oude idee van xenotransplantatie; het gebruik van organen van andere diersoorten om het tekort aan menselijke donororganen op te vangen. Meestal denken onderzoekers daarbij aan varkens, omdat formaat en anatomie van hun organen het beste aansluiten bij die van de mens. In de jaren negentig was het plan om varkens genetisch zo aan te passen, dat ze geschikt zouden zijn voor transplantatie naar de mens. Maar er kwam een streep door de rekening toen bleek dat in het DNA van het varken virussen verscholen zitten die bij een transplantatie weer actief zouden kunnen worden. Te gevaarlijk dus, en daar was de kous mee af.

Maar nu is het idee om in plaats van het varken naar de mens, de mens naar het varken te brengen. Onvoorstelbaar? Tot voor kort wel, maar dankzij nieuwe genetische technieken kunnen we nu ineens veel wat tot voor kort onmogelijk leek.

Zes jaar geleden deed de Japanner Toshihiro Kobayashi een cruciale proef (Cell, 2010). Hij maakte muizen die zelf geen alvleesklier konden maken door in het vroege embryo het cruciale ontwikkelingsgen PDX1 uit te schakelen. Toen hij daar embryonale stamcellen van ratten bij deed, groeide er een volwaardige rattenalvleesklier in de muis.

Voor stamcelbiologen is het tegenwoordig niet heel lastig meer om uit bijvoorbeeld huidcellen zogeheten geïnduceerde pluripotente stamcellen te maken. Die zijn gelijkwaardig aan embryonale stamcellen, en dat betekent dat in principe voor iedere patiënt een reserveorgaan in een varken te maken is.

Een tweede doorbraak diende zich eind vorig jaar aan toen de Amerikaanse geneticus George Church rapporteerde dat hij erin geslaagd was in één klap alle retrovirussen uit het DNA van varkens te knippen (Science, 13 oktober 2015). Church gebruikte daarvoor de zogeheten crispr-cas- techniek, waarmee heel gericht genen in het DNA kunnen worden weggeknipt of bewerkt. „Ik werd dolenthousiast toen ik dat las!”, zegt IJzermans, „Hiermee is al het doemdenken uit de jaren negentig over xenotransplantatie van tafel. We zijn er nu dichterbij dan ooit.”

Ethisch gezien zitten er natuurlijk nog wel flink wat haken en ogen aan, zegt Joost Gribnau, vooral omdat dan menselijke cellen meegroeien in een dierlijk embryo. Onderzoekers willen geen hybride monsters creëren. Technologisch is daar wel een mouw aan te passen, denkt hij. „Je kunt in de menselijke cellen de genen uitschakelen die verantwoordelijk zijn voor het ontwikkelen van geslachtscellen. Door een specifiek hersenspoelgen uit te schakelen kun je voorkomen dat menselijke cellen per ongeluk gaan meedoen aan de hersenontwikkeling van het spaarvarken.”

Rotterdam zal niet direct de ideale plek zijn voor een stal met spaarvarkens geeft Gribnau toe. „Maar met de kennis die hier is heeft Nederland wel een goede uitgangspositie om internationaal mee te kunnen draaien.” George Church en een aantal Japanners zijn intussen al serieus bezig xenotransplantatie in zijn nieuwe vorm verder te ontwikkelen

Gribnau: „Het gaat veel denkwerk kosten om dit veilig en verantwoord te doen, maar ik ben ervan overtuigd dat dit op de lange termijn gaat lukken. En als het straks technisch mogelijk is, hoe kun je dan naar de patiënten toe verantwoorden dat je het niet doet? ”

Al die technologische oplossingen, zullen die niet extreem duur uitpakken? IJzermans wuift het weg: „Ja het is wel kostbaar, maar de zorg voor deze patiënten is sowieso kostbaar. Transplantatie is altijd groot geld.”

Het tekort aan donoren en de conditie van beschikbare levers dagen onderzoekers uit tot een reuzenstap: nieuwe levers maken. W4-5