InterviewsTumoronderzoek
Onderzoek naar achilleshiel van kanker. ‘Zonder resistentie zou niemand eraan hoeven overlijden’
Resistentie is hét probleem bij de behandeling van kanker. Een groot consortium gaat nu uitzoeken of de oorzaak ligt bij tumorcellen die in een slaapstand gaan.
Kanker is een veelkoppig monster. Bij de meeste patiënten slaat een chemotherapie in eerste instantie goed aan: het gezwel lijkt verdwenen. Maar als de kanker na een paar jaar terugkeert, staan de artsen vaak machteloos. De middelen die eerst zo goed leken te werken, hebben nu geen vat op de tumorcellen. Dit is wat gebeurt bij negen van de tien patiënten die aan kanker overlijden. De uitgezaaide kanker is resistent geworden.
Resistentie is probleem nummer één bij de behandeling van kanker, zegt René Bernards, hoogleraar moleculaire carcinogenese en verbonden aan het in kanker gespecialiseerde ziekenhuis en onderzoeksinstituut Antoni van Leeuwenhoek in Amsterdam. “Als er geen resistentie was, zou niemand aan kanker hoeven overlijden.” Veelal hebben de resterende tumorcellen in de tussentijd extra mutaties verworven die ze ongevoelig maken voor de therapie. Artsen snappen vaak wel om welke mutaties het gaat en hoe die resistentie veroorzaken, maar ze begrijpen nog niet hoe de cellen hebben weten te overleven.
De bron van alle kwaad?
Bernards: “Als we tumorcellen van de patiënt afnemen en in het laboratorium aan dezelfde therapie blootstellen, zien we dat een groep cellen zich meteen terugtrekt uit de celdeling. Eén op de honderd à duizend cellen gaat in een soort slaapstand en houdt zich zo schuil voor de kankertherapie. Die is immers gericht op sneldelende cellen. Als de therapie stopt, gaan ze weer door met delen. De vraag is: dit zien we in het lab gebeuren, maar hoe relevant is dit voor de patiënt met kanker? Is dit een artefact van de celkweek [een situatie zich alleen in de setting van het onderzoek voordoet - JE] of zijn deze incognitocellen de bron van alle kwaad?”
Het is een vraag die hij binnen afzienbare tijd hoopt te kunnen beantwoorden. Bernards maakt deel uit van een consortium van academische en industriële deskundigen dat een Europese subsidie van zeven miljoen euro heeft verworven om vijf jaar aan deze vraag te werken.
Tot voor kort was dit nog een onmogelijke missie geweest, zegt een andere hoofdonderzoeker, Alexander van Oudenaarden, hoogleraar kwantitatieve biologie en directeur van het Hubrecht Instituut in Utrecht. Voor de beantwoording van die vraag is het immers nodig individuele cellen van elkaar te onderscheiden. Wat maakt die ene cel zo anders? Welk gen of welke genencombinatie schakelt die cel in waardoor hij niet als een tumorcel deelt, maar zichzelf in een slaapstand zet? Of eigenlijk: hoe vis je die ene cel er bij voorbaat al tussenuit? Van Oudenaarden: “Het is de spreekwoordelijke speld in een hooiberg. Je hebt in een sample van een tumor al snel miljoenen cellen bijeen, en toch wil je elke cel apart bekijken.”
Genetische eigenschappen
Doorgaans als wetenschappers de activiteit van een cel bestuderen, bestuderen ze eigenlijk de gemiddelde activiteit van een hele verzameling cellen. Pas als ze een flinke bulk aan gegevens bij elkaar gooien, komen de genetische eigenschappen bovendrijven. Maar dan zijn de individuele verschillen verdwenen.
Het analyseren van één cel was een extreem lastige klus, zegt hij. “Ga maar na. Zo’n cel heeft een doorsnee van een honderdste millimeter. Zelfs met de meest verfijnde pipet zuig je honderdduizend keer zo veel vocht op. In dat ‘zwembad’ moeten wij alle moleculen uit die cel zien terug te vinden en tellen. We willen weten welke soorten mRNA er zijn, mRNA is het boodschapperstofje waarmee de cel nieuwe eiwitten maakt. Hoeveel van elk type mRNA is er? Door te tellen krijgen we een beeld van de genetische activiteit van de cel.”
De techniek die hij daarvoor gebruikt, is het paradepaardje van zijn groep: single cell sequencing. In 2009 verscheen de eerste publicatie hierover, nu is het routine geworden. “De laatste vier jaar is deze techniek uit de ontwikkelingsfase gekomen. Nu kun je een apparaat kopen en hoef je geen expert meer te zijn om een cel af te kunnen lezen. Sterker, zo’n apparaat analyseert met gemak tienduizenden individuele cellen in één keer.”
Werken met mini-organen
Het onderzoek vindt niet in de patiënten zelf plaats. Meestal wordt een stukje van het kankerweefsel – een biopt – afgenomen en in het laboratorium opgekweekt. Maar in sommige gevallen wordt gebruikgemaakt van een andere verworvenheid van het Hubrecht Instituut, de organoïden. Hans Clevers, de vorige directeur van het instituut, heeft met zijn groep een methode ontwikkeld om zogeheten stamcellen uit organen van een patiënt – de darm of de lever – uit te laten groeien tot een mini-orgaan, met alle functionele eigenschappen van dat orgaan én met dezelfde genetische kenmerken als het orgaan van de eigenaar.
De organoïden zijn een bijzonder nuttig proefmodel gebleken, zegt Van Oudenaarden. “Je kunt op zo’n minidarm allerlei geneesmiddelen testen, bijvoorbeeld om te zien welke zullen aanslaan. Dat kun je bij de patiënt zelf niet doen omdat de middelen vaak giftig zijn.”
De onderzoekers kunnen in zo’n minidarm ook kanker introduceren door er mutaties in te bouwen. “Vier mutaties achter elkaar leveren al een agressieve vorm van darmkanker. Daar kun je een therapie op loslaten, maar je kunt ook de individuele cellen labelen en volgen. Dat kan bij patiëntenweefsel niet.”
Het idee is nu de cellen in een tumor te volgen. Welke genen hebben ze op een bepaald moment aan staan, en welke niet? Hoe verandert dat in de tijd, tijdens de chemotherapie? “Vermoedelijk zien we dan hoe een kleine populatie groeit. Vervolgens willen we teruggaan in de tijd, dus kijken naar metingen op eerdere tijdsmomenten. Stonden toen specifieke genen aan? Zijn er mutaties opgetreden? We vermoeden dat deze zogeheten persistente cellen al vanaf het begin over het vermogen beschikken om in slaapstand te gaan, maar het kan ook zijn dat dit door de therapie is geïnduceerd.”
Dat teruggaan in de tijd heeft zijn beperkingen. De cellen die zijn geanalyseerd, zijn immers opengebroken en dus uit het proces gehaald. Van Oudenaarden: “Ik moet dus zien te herleiden of ik het gedrag van die persistente cellen al eerder heb waargenomen. Het is de vraag hoe goed dat lukt. Daarom zetten we een tweede lijn op, waarbij we cellen een label geven voordat we ze groeien. Daardoor ontstaan families. Als ik dan slechts een deel aan de therapie blootstel en ik vind persistente cellen, dan kan ik bij de naaste familieleden, die geen therapie hebben gehad, zien hoe ze er oorspronkelijk uitzagen.”
De cellen elimineren
Hij gaat ervan uit dat hij op deze manier persistente cellen zal vinden, maar het definitieve bewijs zal uit de kliniek moeten komen, zegt René Bernards. “Enerzijds hebben we tumorcellen die in het laboratorium aan medicatie zijn blootgesteld. Die vergelijken we met de cellen van een patiënt die chemotherapie heeft gehad, waarna het restant van de tumor is verwijderd. Als dat dezelfde cellen zijn met dezelfde eigenschappen, dan is dat een sterk bewijs dat deze persistente cellen de oorzaak zijn van de resistentie. En kunnen we ons richten op de volgende stap: hoe kunnen we deze cellen elimineren in een vroeg stadium, voordat ze hebben kunnen woekeren?”
Hij heeft er net als Van Oudenaarden vertrouwen in dat de persistente cellen zullen worden geïsoleerd en gekarakteriseerd. Maar dan is de vraag: is er een therapie tegen te ontwikkelen? Bernards: “Het is onze taak de achilleshiel van deze cellen te vinden. Dat gaat lukken. Daar zijn we goed in. Maar dan zijn we er nog niet. Hebben ze ook allemaal dezelfde kwetsbaarheid? Of verschilt dat per type kanker, per orgaan? Of zelfs per patiënt? Er moet wel een zekere gemeenschappelijkheid zijn zodat je een aantal therapieën kunt ontwikkelen. Je kunt niet voor elke patiënt iets nieuws maken. Dat wordt de grote onzekerheid van dit project.”
Van Oudenaarden heeft goede hoop. “Een kankercel is ook gewoon een lichaamscel. Ze hebben allemaal een vergelijkbare machinerie, ze werken met dezelfde eiwitten. Dan verwacht je ook dat ze in hun kwetsbaarheid iets gemeenschappelijks hebben. Hopelijk vinden we een soort master-gen dat een hele batterij genen aanstuurt. Daar zou je dan je medicatie op kunnen richten.”
‘Ik ben gesteld op mijn vrijheid’
Het idee kwam uit de farmaceutische industrie. AstraZeneca diende met onder andere Merck bij de Europese Unie het voorstel in om resistentie tegen kankertherapieën te onderzoeken, met de vraag voor dat onderzoek de beste wetenschappers te selecteren. Eén van de kandidaten was het Oncode Instituut, een samenwerkingsverband van honderden Nederlandse kankeronderzoekers.
Ook de groepen van Alexander van Oudenaarden en René Bernards nemen deel aan dit instituut. Hun plan werd niet alleen uitverkoren, de EU keurde ook de publiek-private samenwerking goed. In het consortium, Persist-Seq gedoopt, werken tal van academische instellingen, kleine en middelgrote ondernemingen, openbare organisaties en farmaceutische bedrijven samen.
Alexander van Oudenaarden aarzelde of hij hier in wilde stappen. “Is dit wel zo interessant? dacht ik. Wetenschappers hebben een andere manier van denken. Die bedrijven hebben het probleem op tafel gelegd. Ze hebben zelfs vastgelegd dat 80 procent van onze inspanningen gericht moet zijn op de drie grote kankers: borst, darm en long. Ik ben gesteld op mijn vrijheid. Stel dat blijkt dat er geen mogelijkheid voor een medicijn uit rolt. Dan verliezen zij hun interesse, terwijl de vraag naar de persistentie vanuit wetenschappelijk oogpunt interessant blijft.”
Uiteindelijk overwon hij zijn twijfel. “Dit probleem is zo divers. Dat los je nooit als enkele groep op. Samenwerking met andere wetenschappers, uit andere disciplines, is mij altijd goed bevallen. Ik hoop dat het ook met deze bedrijven goed uitpakt.”
Lees ook:
Kanker misbruikt de evolutie
Hoe een tumor zich aanpast en listig aanvallen weet te omzeilen
