Credit: Delilah Hendriks & Benedetta Artegiani. Copyright: Hubrecht Institute. 23 februari 2023 Nieuwe organoïden als model voor niet-alcoholische leververvetting Terug naar nieuws Onderzoekers van de Organoid groep (voormalige Clevers groep, Hubrecht Instituut) ontwikkelden samen met onderzoekers van het Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie nieuwe menselijke organoïden die als model kunnen dienen voor leververvetting. Ze gebruikten deze modellen om het effect van medicijnen tegen de ziekte te bestuderen en ontwikkelden een CRISPR-screening platform om nieuwe genen te ontdekken die als doelwit kunnen dienen om de ziekte te behandelen. De modellen kunnen helpen bij het testen en ontwikkelen van nieuwe medicijnen voor leververvetting en dragen bij aan een beter begrip van de ziekte. De resultaten van de studie zijn op 23 februari 2023 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Biotechnology. Leververvetting Leververvetting is een steeds vaker voorkomende ziekte waar een kwart van de wereldbevolking momenteel aan lijdt. Deze ziekte kan leiden tot ontsteking, verminderde leverfunctie en uiteindelijk tot de vorming van littekenweefsel. Verschillende factoren kunnen leververvetting veroorzaken, waarvan voeding en levensstijl de belangrijkste voorbeelden zijn. Naast deze factoren kan ook genetica een grote rol spelen. Genetische stofwisselingsziekten verhogen bijvoorbeeld het risico voor patiënten op leververvetting en verschillende mutatiesEen fout in het DNA. Mutaties kunnen onder andere ontstaan als het DNA verkeerd gekopieerd wordt of door invloeden van buitenaf. Tumorcellen bevatten bijvoorbeeld vaak mutaties die voordelig zijn voor hun groei. vergroten het risico op het ontwikkelen van het ziektebeeld. Geen behandeling Zorgwekkend genoeg zijn er op het moment geen behandelingen die leververvetting stoppen of verhelpen. Naarmate de ziekte vordert, neemt het risico op onomkeerbare leverschade en de noodzaak voor levertransplantatie toe. Bovendien lopen personen met leververvetting een verhoogd risico op leverkanker. Het ontwikkelen van nieuwe behandelingen om dit te voorkomen is erg uitdagend omdat er geen goed modelsysteem is om de ziekte te bestuderen. De stofwisseling van muizen verschilt sterk van die van mensen waardoor ze niet als representatief model kunnen dienen. Daarnaast hebben huidige menselijke in vitro celkweek modellen verschillende nadelen. Ze zijn lastig genetisch te manipuleren en het is vooralsnog onmogelijk om snel grote hoeveelheden cellen te kweken. Figuur 1: Modelleren van een genetische stofwisselingsaandoening in organoïden leidt tot spontane ontwikkeling van leververvetting. Vetten zijn gekleurd op basis van diepte. Credit: Delilah Hendriks & Benedetta Artegiani. Copyright: Hubrecht Institute. Organoïden De onderzoekers gebruikten nu organoïdenMini-organen die in het laboratorium gekweekt worden. Organoïden bootsen de vorm en functie van een echt orgaan na. Onderzoekers gebruiken de structuren onder andere om het effect van medicijnen op zieke organen te kunnen bestuderen. om drie verschillende oorzaken van leververvetting na te bootsen. Ten eerste “voerden” ze de organoïden met een mengsel van vetzuren om een Westers dieet na te bootsen en zagen ze dat deze lever organoïden snel vervetting vertoonden. Als tweede model bracht het onderzoeksteam de meest voorkomende risicomutatie voor leververvetting in bij hun organoïden door een nieuwe CRISPREen techniek waarmee onderzoekers op een specifieke plek in het DNA kunnen knippen, om daar een verandering in aan te brengen. Op die manier kunnen onderzoekers bestuderen wat het effect is van een specifieke verandering van het DNA.-tool genaamd “prime editing”. Organoïden met deze risicomutatie vertoonden meer vetophoping dan dezelfde organoïden zonder de mutatie. Ten slotte bootsten de onderzoekers met behulp van CRISPR-Cas9 verschillende stofwisselingsziekten na om te bestuderen hoe deze stoornissen de ontwikkeling van leververvetting beïnvloeden. Deze “zieke” organoïden ontwikkelden spontaan ernstige leververvetting als gevolg van een opeenhoping van vetten die gevormd werden uit suikers. Figuur 2: Effect van behandelingen op leververvetting in menselijk organoïden. Vetten zijn zichtbaar in geel, celkernen in rood. Groene kaders markeren behandelingen die vetophoping verminderen. Credit: Delilah Hendriks & Benedetta Artegiani. Copyright: Hubrecht Institute. Nieuwe doelwitten voor medicijnen Het onderzoeksteam testte vervolgens een groot aantal mogelijke medicijnen op de nieuwe organoïden om leververvetting te behandelen. De onderzoekers deden de interessante observatie dat de verschillende model-organoïden van leververvetting zeer vergelijkbaar reageerden op de medicijnen. Op deze manier identificeerden ze een aantal medicijnen die heel effectief waren in het verhelpen van de vetophopingen. Opvallend genoeg werkten al deze effectieve medicijnen door een gemeenschappelijk mechanisme waarbij de opbouw van vetten uit suikers voorkomen wordt. Ondanks de overeenkomsten tussen de verschillende modellen waren er ook verschillen. De organoïden met de meest voorkomende risicomutatie bleken anders te reageren op sommige medicijnen dan organoïden zonder deze mutatie. Dit resultaat laat zien dat organoïden gebruikt kunnen worden om gepersonaliseerde therapieën te ontwikkelen. CRISPR-platform De onderzoekers gebruikten hun organoïden vervolgens om een CRISPR-platform, genaamd FatTracer, op te zetten waarmee ze nieuwe genenEen klein gebiedje in het DNA met een specifieke functie. Genen bepalen onder andere welke oogkleur we hebben en of ons haar krult of juist steil is. Het DNA in een menselijke cel omvat ongeveer 30.000 genen, met elk een eigen functie. Genen zijn erfelijk en kunnen dus doorgegeven worden aan het nageslacht. konden ontdekken die een rol spelen bij het ontstaan van leververvetting. Met dit platform bekeken de onderzoekers 20 dagen lang het verloop van leververvetting in de afwezigheid van 35 specifieke genen. Hierdoor ontdekten de onderzoekers dat het gen FADS2 een tot voorheen onbekende en cruciale rol speelt bij leververvetting. Verlies van het gen leidt tot een sterke vervetting van de organoïden. Het team vroeg zich vervolgens af of het tegenovergestelde, een toename van FADS2, juist gunstig is voor het verloop van de ziekte. Na verhoging van de FADS2 niveaus in de organoïden zagen de onderzoekers dat de vervetting inderdaad sterk verminderd was. Dit suggereert dat het gen mogelijk een doelwit kan zijn voor nieuwe therapieën. Toekomstig onderzoek De nieuw ontwikkelde lever organoïden maken veel toekomstig onderzoek naar de ziekte mogelijk. De onderzoekers willen ze bijvoorbeeld gebruiken om genetische risico’s voor leververvetting beter te begrijpen en erachter te komen welke factoren het verloop van de ziekte beïnvloeden. Het ultieme doel is om deze modellen te gebruiken om (gepersonaliseerde) therapieën te ontwikkelden die de lever kan genezen van vetophoping. Publicatie Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis. Delilah Hendriks#, Jos F. Brouwers, Karien Hamer, Maarten H. Geurts, Léa Luciana, Simone Massalini, Carmen López-Iglesias, Peter J. Peters, Maria J. Rodríguez-Colman, Susana Chuva de Sousa Lopes, Benedetta Artegiani*,# & Hans Clevers*,#. Nature Biotechnology, 2023. # = Corresponding authors * = Authors contributed equally Hans Clevers is adviseur/gastonderzoeker bij het Hubrecht Institute voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek en bij het Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie. Tevens is hij hoogleraar bij de Universiteit Utrecht en Oncode Investigator. Sinds maart 2022 is Hans Clevers Head of pharma Research and Early Development (pRed) bij Roche in Basel, Zwitserland. Benedetta Artegiani is groepsleider bij het Prinses Máxima Centrum.
