De stamcellen van patiënten helpen bij het identificeren van een gemeenschappelijk probleem, wat leidt tot klinische proeven

B. D. Colen/Harvard personeel

In 2008 opperde Kevin Eggan, lid van de faculteit van het Harvard Stamcelinstituut als eerste de mogelijkheid van het gebruik van stamcellen afgeleid van ALS-patiënten om beter de ziekte en therapeutische doelen voor nieuwe medicatie te begrijpen. Op basis van die bevindingen, hebben Eggan en andere Harvard stamcel wetenschappers ontdekt dat een nieuwe goedgekeurde medicatie voor epilepsie een zinvolle behandeling voor ALS kan bieden.

 

Door Joseph Caputo, Harvard Correspondent

Harvard stamcel wetenschappers hebben ontdekt dat een onlangs goedgekeurde medicatie voor epilepsie wellicht een zinvolle behandeling voor Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS), een fatale neurodegeneratieve stoornis, zou kunnen zijn. De onderzoekers werken nu samen met het Massachusetts General Hospital (MGH) aan het ontwerp van een eerste klinische studie voor het testen van de veiligheid van de behandeling bij ALS-patiënten.

Alle onderzoekers waarschuwen dat nog veel werk moet worden gedaan om de veiligheid en de werkzaamheid van de behandeling bij ALS-patiënten te verzekeren vooraleer artsen beginnen met het hen aan te bieden.

Het werk, beschreven in twee verwante online publicaties in de april editie van Cell Stem Cell en Cell reports, is het lange termijn resultaat van de studies door Kevin Eggan, lid van de faculteit van het Harvard StamCelInstituut (HSCI) die in een 2008 Science document als eerste de mogelijkheid opperde van het gebruik van stamcellen afgeleid van ALS-patiënten om de ziekte beter te begrijpen en om therapeutische doelen voor nieuwe medicaties te identificeren.

Nu hebben Eggan en zijn HSCI collega Clifford Woolf ontdekt dat de vele onafhankelijke mutaties die ALS veroorzaken, kunnen gelinkt zijn aan hun vermogen om abnormaal hoge activiteit in motorische neuronen te triggeren. Met behulp van neuronen afgeleid van stamcellen gemaakt van huidcellen van ALS-patiënten hebben de twee onderzoeksteams klinische proeven uitgevoerd met de anti-epilepsie medicatie op neuronen in laboratorium schaaltjes, en vonden dat het de hyperexcitabiliteit van de cellen verminderde.

ALS is een verwoestende en momenteel onbehandelbare uitval van motorische neuronen, de lange zenuwcellen die het ruggenmerg verbinden met de spieren van het lichaam. Hoewel verschillende mogelijke behandelingen veelbelovend leken in muizen, bleken ze teleurstellend in de kliniek.

"Het grote probleem in ALS is dat er meer dan 100 mutaties in tientallen genen zijn die allemaal tot de ziekte leiden, maar toch zijn bijna alle therapeutica die het tot in de kliniek brachten voor slechts één van deze mutaties, het SOD1, die bijna iedereen bestudeert in muizen," zei Eggan, een hoogleraar in Harvard's departement van stamcel en regeneratieve biologie.

"En zo," vervolgde hij, "was de belangrijkste vraag die we echt wilden oplossen: blijven de klinische inspanningen in gebreke omdat de muis ons misleidt, of is het omdat mensen niet de gelegenheid kregen om vooraf hun ideeën te toetsen over allerlei vormen van ALS"

In de Cell Stem Cell studie leidden Eggan en postdoctoraal Evangelos Kiskinis een project met stamcellijnen van twee vrouwen met ALS met de SOD1 mutatie om de algemene menselijke biologie met de muis biologie te vergelijken. Ze maakten gebruik van een technologie genaamd RNA sequencing om te kijken hoe de mutatie de genexpressie in deze lijnen veranderde; de onderzoekers traceerden vervolgens de veranderingen qua impact op biologische trajecten.

"Wij vonden dat de mutatie veranderingen in de motor neuronen, niet zo verschillend zijn van de wijzigingen die men bij muizen ziet," zei Eggan. "Ik denk dat ons artikel aangeeft dat terwijl er zeker enige mens-specifieke biologie is, de muizen niet helemaal misleidend waren."

Eggan’s lab maakte vervolgens meer motor neuronen afgeleid van stamcellen van patiënten met een andere vorm van ALS, evenals van mensen zonder de ziekte, om te zien welke veranderingen optraden in ALS-cellen en of deze aanwezig waren in verschillende onafhankelijke genetische mutaties.

De verrassende uitslag, beschreven in de Cell Reports studie, was dat de motor neuronen met ALS-mutaties sporadisch in neuronen afvuren, terwijl de gezonde neuronen rustig bleven tenzij anders gestimuleerd.

Deze ALS-hyperexcitabiliteit werd verder onderzocht door Woolfs’ team, onder leiding van Harvard Medical School neuroloog Brian Wainger. Tijdens de samenwerking met Eggan en Kiskinis, vonden ze een cyclische relatie tussen de verhoogde neuron activiteit en abnormale eiwitvouwing. In de twee artikels beschrijven ze hoe de overexciteerbare ALS-neuronen meer abnormaal gevouwen proteïnen generen, met verdere verhoging van hun prikkelbaarheid. De ballast van deze cyclus lijkt de neuronen in een kwetsbare staat te brengen, waardoor zij nog meer kans hebben om te sterven.

"De convergentie naar één enkel mechanisme biedt een zeer aantrekkelijke plaats om therapeutisch in te grijpen," zei Woolf, een Harvard Medical School hoogleraar in de neurologie en neurobiologie en directeur van het neurologie centrum in Children's Hospital Boston, die ook het HSCI Zenuwstelsel ziekten programma mee leidt.

"Het leek alsof er een tekort was aan kalium kanalen in de ALS motor neuronen, en dat leidde ons dan naar testen met geneesmiddelen die kalium kanalen open om deze hyperexcitabiliteit te kunnen verminderen. En inderdaad is dat precies wat we hebben gevonden,' zei hij. "Wij vonden dat retigabine, onlangs goedgekeurd als een anti-epilepticum, deze activiteit kon normaliseren. Dus nu kunnen we formeel van het labo naar de patiënt gaan en eindelijk verkennen of de medicatie een gunstig effect zou kunnen hebben."

MGH neuroloog Merit Cudkowicz, zal samen met Wainger, de klinische proeven, die eerst worden getest op bijwerkingen in ALS-patiënten, behandeld met het geneesmiddel, uitvoeren. De onderzoekers manen aan tot voorzichtigheid en noemen dit werk geen doorbraak of willen niet dat artsen deze medicatie onmiddellijk aan patiënten voorschrijven. Klinische proeven zijn noodzakelijk om te bepalen of er ongebruikelijke interacties tussen de medicatie en ALS bestaan, vermits iemand met een bepaalde ziekte meer gevoelig kan zijn voor bepaalde types van medicatie.

"Het ganse intacte zenuwstelsel is ingewikkelder dan de cellen die we momenteel in de laboschaaltjes hebben," zei Eggan. "En nu is de volgende stap om uit te klaren of de medicatie in die context nuttig zal zijn, en het is te vroeg om dat met zekerheid zeggen."

De wetenschappers geven krediet aan opkomende technologieën en de unieke samenwerking tussen een stamcel lab en een neurofysiologie lab als essentieel onderdeel van dit onderzoek om klinisch relevantie te scheppen voor ALS-patiënten.

"Ik denk dat dit het begin is van een volledige verandering in de manier waarop we aan geneeskunde doen voor ernstige ziekten zoals deze," zei Woolf. "In een traditionele klinische studie geeft u de patiënt een placebo of een actief ingrediënt om te zien welk effect dit heeft, en dat is het dan. Hier kunnen we dezelfde cellijnen blijven volgen en we hebben een onbeperkte capaciteit om klinische proeven uit te voeren in een laboschaaltje. "

Financiers van het onderzoek: Target ALS, Project A.L.S., P2ALS, het National Institute of Neurological Disorders and Stroke, het Howard Hughes Medical Institute, de nationale instituten van gezondheid de Pioneer Award, Harvard NeuroDiscovery Center, de vereniging ALS, de American Brain Foundation, ALS therapie alliantie, Angel Fund, Pierre L. de Bourgknecht ALS Research Foundation, Al-Athel ALS Research Foundation, ALS Family Charitable Foundation, en de Stamcel -Stichting van New York.

 

Vertaling: ALS Liga: Anne

Bron: Harvard Gazette

Studie identificeert belangrijke speler in de motorneuron sterfte in ALS

Amyotrofische Laterale Sclerose wordt gekenmerkt door een cascade van cellulaire en inflammatoire gebeurtenissen die vitale motorische neuronen in de hersenen en het ruggenmerg verzwakken en doden. Het proces is complex, met cellen die gewoonlijk de neuronen tegen schade beschermen. Nu wijst een nieuwe studie door wetenschappers in The Research Institute at Nationwide Children's Hospital een potentiële dader aan in dit good-cell-gone-bad scenario, een belangrijke stap op weg naar het uiteindelijke doel namelijk de ontwikkeling van een behandeling.

Motorische neuronen, of zenuwcellen in de hersenen en ruggenmerg controleren de functie van de spieren in het lichaam. In Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS), sterven motorische neuronen en verzwakken spieren. Patiënten verliezen geleidelijk aan het vermogen om te bewegen en naarmate de ziekte vordert, zijn ze niet langer in staat om te ademen op eigen kracht. De meeste mensen met ALS sterven binnen de 3 tot 5 jaar na het begin van de symptomen aan respiratoire insufficiëntie.

Voor de studie, deze maand on-line gepubliceerd in Neuron, hebben onderzoekers een proteïne onderzocht, betrokken bij transcriptionele regulering, genaamd nucleaire factor-kappa B (NF -κB), bekend voor zijn rol in de neuroinflammatoire reactie gekend in ALS. NF-ƘB wordt ook in verband gebracht met kanker en een aantal andere inflammatoire en auto-immune ziekten.

Met behulp van diermodellen, bestudeerden de onderzoekers de progressie van de ziekte in muizen waarin NF-ƘB in twee verschillende celtypes werd geremd — astrocyten, het meest voorkomende celtype in de menselijke hersenen en de neuronale functie ondersteunend; en de microglia, dat zijn de macrofagen in de hersenen en het ruggenmerg die als de eerste en belangrijkste vorm van verdediging fungeren tegen invasie van ziekteverwekkers in het centrale zenuwstelsel. Remming van het NF-ƘB in microglia in muizen vertraagde de progressie van de ziekte met 47 procent, zegt Brian Kaspar, MD, hoofd onderzoeker aan het Center for Gene Therapy van The Research Institute at Nationwide Children's Hospital en senior auteur van de nieuwe studie.

"Experten constateerden dat verschillende celtypes -behalve de motorische neuronen- betrokken zijn bij deze ziekte, dus één van onze aanpak was om erachter te komen wat deze cellen mogelijk aan wapens gebruiken om motorische neuronen te doden," zegt Dr. Kaspar. "En onze bevindingen suggereren dat microglia een NF -κB-gemedieerde inflammatoire respons als een van zijn wapens gebruiken."

Remming van het proteïne in astrocyten had geen invloed op de progressie van de ziekte, zodat het zoeken naar wapens van dit celtype tegen motorische neuronen blijft. Deze voorlopige bevindingen vertellen wetenschappers ook niet hoe of waarom NF -κB de normaal beschermende microglia verandert in neuron-dodende moleculen. Maar ondanks de mysteries die blijven, brengt de studie wetenschappers dichter bij het vinden van een behandeling voor ALS.

Het zoeken naar een ALS-therapie verloopt in twee richtingen: de trigger die tot ziekte leidt identificeren en inzicht krijgen in het proces dat leidt tot ziekte progressie. Wijzigingen in de motor neuronen zijn betrokken bij het ontstaan van de ziekte, maar de progressie van de ziekte lijkt te worden gedicteerd door wijzigingen van astrocyten, microglia en oligodendrocyten. Sommige gevallen van ALS zijn erfelijk maar de overgrote meerderheid van de patiënten hebben geen familiale link met de ziekte. De complexiteit van de ziekte en het ontbreken van een duidelijk bekende link maakt screening voor deze ziekte quasi onmogelijk, vandaar het belang van het vertragen van de ziekte, zegt Dr. Kaspar.

"Het stoppen van de veranderingen die in astrocyten en microglia optreden heeft klinische relevantie, omdat de meeste mensen niet weten dat ze ALS zullen krijgen," zegt Dr. Kaspar, die ook associate professor is van kindergeneeskunde en neurowetenschappen aan The Ohio State University College of Medicine. "We hebben een traject in microglia gericht op het uiteindelijk vertragen van de progressie van de ziekte in ALS en we verkennen potentiële therapeutische strategieën en die kunnen bredere implicaties hebben voor ziekten zoals onder andere de ziekte van Alzheimer en Parkinson."

 

Vertaling: ALS Liga: Anne

Bron: Medical Xpress