Flinterdunne plakjes mensenhart leven door in het laboratorium

De deur van de warme kweekstoof zwaait open en onthult twee rijen van acht bakjes met een rode vloeistof, zachtjes wiegend op een bewegend plateau. In die bakjes zit iets unieks. Levende, kloppende plakjes van een mensenhart. Eén vierkante centimeter in elk badje. Op de negentiende verdieping van het Erasmus MC in Rotterdam kan harttransplantatiechirurg Yannick Taverne ze in zijn lab tot vijf maanden in leven houden. Een computerscherm boven de stoof toont zestien grafieken van ritmische pulsjes: de ‘hartslag’ van elk van de plakjes.

De unieke opstelling is een nieuwe troef in de strijd tegen hartfalen, glundert Taverne, terwijl hij een van de bakjes uit de stoof haalt. Tussen een operatie en een werkcollege door laat hij graag het huzarenstukje zien dat hij ruim een half jaar geleden voor elkaar heeft gekregen. „Patiënten met hartfalen zijn te zwak voor experimenteel onderzoek. Van proefdieren is alleen het varkenshart echt goed vergelijkbaar met dat van een mens. En in losse gekweekte hartspiercellen kun je de communicatie tussen cellen niet bestuderen.” In de plakjes kan dat wel.

Moe en kortademig

Taverne gebruikt restweefsel van hartoperaties, dat normaal gesproken de prullenbak in gaat. Elk plakje hartweefsel, slechts een derde millimeter dik, is met weefsellijm vastgemaakt aan twee stukjes kunststof. Aan één kant is het plakje verankerd aan het bakje, de andere kant is instelbaar met een veer. Met een schroevendraaier brengt Taverne een plakje op spanning. „Zo boots je de vulling van het hart na. Dat bleek cruciaal voor de werking.”

De cellen in de plakjes kloppen uit zichzelf, maar met een pacemakertje bepaalt Taverne hoe snel ze kloppen. Sensoren aan weerszijden van het plakje meten de contractiekracht. Een uitgekiende vloeistof met voedingsstoffen en zuurstof houdt de weefsels levend.

Bij mensen met hartfalen pompt het hart niet genoeg bloed rond. De hartspier kan niet meer goed samenknijpen, óf niet meer goed ontspannen. Het kan de linker hartkamer treffen (van waaruit bloed het lichaam in gepompt wordt), de rechter kamer (die bloed naar de longen pompt), of beide. De spieren en organen krijgen dan te weinig zuurstof en voedingsstoffen. Mensen met hartfalen zijn moe en kortademig en houden vocht vast in hun benen. Vaak begint het ongemerkt, het hart kan zich lange tijd aanpassen. De hartspier past zich aan en wordt bijvoorbeeld steeds dikker om nog voldoende te kunnen rondpompen. Maar na verloop van tijd gaan plots organen zoals de lever en de nieren lijden onder het tekort.

„Er zijn nu 64 miljoen mensen op de wereld met hartfalen, en de medicijnen die we hebben die werken niet zo goed”, zegt Taverne. In Nederland zijn naar schatting zo'n 240.000 mensen met hartfalen, veruit de meesten boven de 65 jaar. Er sterven bijna 7000 mensen per jaar aan.

Appelboor

Als medicijnen niet genoeg verlichting brengen, krijgen patiënten een steunhart – een geïmplanteerd apparaat dat een deel van hartfunctie overneemt, in afwachting van verbetering óf van een harttransplantatie.

Nu nog is het vaak restweefsel van hartoperaties waar Taverne onderzoek op doet om algemene kennis over de werking van een falend hart te krijgen. Maar in de toekomst kunnen de plakjes ook gebruikt worden om behandelingen toe te spitsen op een specifieke patiënt. „Bij het plaatsen van een steunhart is er altijd restmateriaal. Je maakt met een soort appelboor een gat in de wand van de linker hartkamer om het apparaat aan te sluiten. En om een donorhart te transplanteren moet je het ook vaak wat bijknippen om te zorgen dat het past”, zegt hij.

Taverne kocht de kunststof kweekbakjes bij een cardiologielab in München, en paste ze aan voor zijn eigen onderzoeksvraag. Zijn collega, cardioloog Natasja de Groot, had juist een meetinstrument gemaakt waarmee op een levend hart te meten is hoe het elektrische signaal zich door het orgaan verspreidt. Technici van de TU Delft maakten een vergelijkbaar spateltje met 60 micro-elektrodes, dat exact onder Taverne’s vierkante centimeter hartweefsel past.

Lees ook: Stroomstoring in een babyhartje

„Hiermee kunnen we in real-time de geleiding van een elektrische prikkel én de daaropvolgende contractie van de hartspiercellen in beeld brengen. En die vergelijken met metingen op het complete hart. Er is geen lab in de wereld dat dit kan”, zegt Taveerne. Bij patiënten met hartfalen is de koppeling tussen het elektrische signaal en de samentrekking vaak verstoord. „Vaak doordat de cellen niet meer goed kunnen omgaan met calcium.”

Intervaltraining

In de bioreactoren testen Taverne en zijn medewerkers de werking van hun complete arsenaal aan hartmedicijnen: middelen die de bloeddruk verhogen, de gevoeligheid voor calcium, of de contractiliteit. „We geven nu een cocktail, maar hoe al die middelen precies werken, is nog niet goed bekend. In onze bioreactor bleek een middel bijvoorbeeld wel goed te werken op weefsel uit de linker ventrikel, maar niet op weefsel uit de rechter. Dat hoef je dus niet te geven aan patiënten bij wie alleen de rechter ventrikel faalt.”

’s Nachts laten de onderzoekers de plakjes soms ‘sporten’. „Dan doen we een intervaltraining, waarbij we ze bijvoorbeeld steeds tien minuten lang 150 keer per minuut laten kloppen, om te kijken welke effecten dat heeft op de contractiekracht.” Zo kunnen ze ook boezemfibrilleren nabootsen, of andere hartritmestoornissen.

De plakjes bieden ook uitkomst bij een nieuwe bron van donorharten, die in mei dit jaar voor het eerst in Nederland werd aangeboord: hartdonaties van overleden mensen. Die dode harten worden in een machine geplaatst en van zuurstof en bloed voorzien, waarna ze weer gaan kloppen. Tot voor kort was een hartdonatie alleen mogelijk door een hersendode donor, van wie het hart tot het moment van uitnemen nog klopt dankzij het beademingsapparaat.

„Over de conditie van die harten is veel informatie te krijgen, omdat die patiënten vaak al een tijd aan monitors liggen”, zegt Taverne. „Over het stilstaande hart van een niet-hersendode overleden donor weet je veel minder. Ons systeem zou gebruikt kunnen worden om snel de eigenschappen van het gedoneerde hart in kaart te brengen.”

Snoeptomaatjes

Een andere toekomstige toepassing: plakjes van een getransplanteerd hart in leven houden, om nog voordat de ontvanger het merkt eventuele afstotingsverschijnselen te kunnen oppikken.

In Nederland vinden jaarlijks zo’n vijftig harttransplantaties plaats, pakweg een derde daarvan in Rotterdam. Taverne haalt het donorhart altijd zelf op, met een helikopter, een gehuurd vliegtuig of ambulance, om ter plekke te kijken of het geschikt is voor zijn patiënt. Zo’n transplantatie gaat onder een enorme druk. „Na het uitnemen heb je maximaal vier uur de tijd, dan moet het kloppend en wel in de ontvanger zitten.”

De Rotterdamse bioreactor werkt pas acht maanden maar heeft al tot veel nieuwe wetenschappelijke inzichten geleid. Taverne: „We hebben zeker acht studies klaarliggen die we nog dit jaar willen opsturen naar wetenschappelijke tijdschriften.”

In al die dynamiek heeft hij ook voor zijn eigen hart sinds kort meer aandacht. Op het bureau van de van oorsprong Belgische arts liggen zakjes met snoeptomaatjes en worteltjes. „Ik probeer de Bourgondiër in mij in toom te houden. Knap lastig.”