Lentivirale gentherapie met stamcellen stap voor stap

In organen en weefsels van ons lichaam zijn stamcellen aanwezig om bij verlies van cellen weer nieuwe cellen te vormen. Een voorbeeld daarvan zijn bloedvormende stamcellen in het beenmerg die zorgen voor de vorming van nieuwe bloedcellen. Deze stamcellen kunnen nu ook worden ingezet bij lentivirale gentherapie.

Bloedvormende stamcellen

De meest bekende bloedcellen zijn wel de rode bloedcellen, die het bloed de rode kleur geven en belangrijk zijn voor zuurstoftransport. Rode bloedcellen leven maar kort. Gemiddeld is een rode bloedcel rond de 110 dagen aanwezig in het bloed. Daarna wordt deze afgebroken. Omdat een rode bloedcel niet in staat is om zelf te delen, is er een continue aanvoer nodig van nieuwe rode bloedcellen. De bloedvormende stamcellen maken niet alleen rode bloedcellen, maar ook bloedplaatjes voor de stolling van het bloed en de witte bloedcellen van het afweersysteem. De bloedvormende stamcellen in het beenmerg zijn voortdurend actief omdat er continu behoefte is aan nieuwe cellen.

De bloedvormende stamcellen kunnen ook buiten het lichaam worden gekweekt. In het juiste kweekmedium en onder de juiste kweekomstandigheden kunnen ze zelfs vele maanden blijven delen. Een bekende toepassing van stamcellen is beenmergtransplantatie.

Gentherapie met bloedvormende stamcellen

Voor ex vivo gentherapie met stamcellen worden van een patiënt met een bloedziekte de bloedvormende stamcellen uit het beenmerg geoogst en tijdelijk opgeslagen. Deze cellen worden vervolgens via gentherapie voorzien van een functioneel gen en teruggezet bij de patiënt. Het voordeel hiervan is dat eigen cellen van de patiënt worden gebruikt. Omdat de teruggezette cellen lichaamseigen zijn, accepteert het lichaam de cellen en worden ze niet afgestoten door het afweersysteem.

De procedure verloopt in een aantal stappen. De patiënt ligt gedurende de gehele therapie (ongeveer 3-6 weken) in het ziekenhuis:

Stap 1 Isolatie van stamcellen via punctie of aferese

In het beenmerg bevinden zich de bloedvormende stamcellen die geschikt zijn om stamceltransplantaties mee uit te voeren. De oudste methode om deze stamcellen te oogsten is het rechtstreeks opzuigen van deze stamcellen met speciale naalden. De patiënt wordt hiervoor kort onder narcose gebracht en twee artsen verzamelen in ruim een half uur voldoende stamcellen voor een transplantatie. Bij baby’s of jonge kinderen wordt deze methode toegepast door een punctie in het bekken.

Een tweede, modernere en tegenwoordig de meest gebruikte manier om stamcellen te verzamelen, is de patiënt een aantal dagen een groeihormoon voor bloedcellen te geven. Het beenmerg maakt hierdoor extra veel jonge bloedcellen aan, waaronder ook veel bloedvormende stamcellen. Door deze groeistoffen verlaten ook de bloedstamcellen de beenmergruimte, iets wat ze normaal gesproken niet doen, en komen ze in de bloedbaan terecht. Een arts kan de hoeveelheid stamcellen in de bloedbaan nauwkeurig meten en volgen. Op het moment dat de hoeveelheid stamcellen in het bloed heel hoog is, wordt de patiënt aan een aferesemachine gekoppeld. Dit is een zeer geavanceerde centrifuge waarbij, net als bij nierdialyse, het bloed vanuit het lichaam naar de centrifuge wordt geleid. Deze centrifuge verzamelt de stamcellen. Alle andere bloedcellen gaan direct weer terug naar de patiënt. Na vier tot vijf uur zijn er voldoende stamcellen verzameld om verder te kweken. Deze methode kan toegepast worden bij kinderen vanaf ongeveer 6 jaar.

Stap 2 De stamcellen worden in kweek gebracht

De bloedvormende stamcellen worden in een incubator op lichaamstemperatuur gehouden. Verder wordt er een speciaal groeimedium toegevoegd zodat de cellen in goede conditie blijven en kunnen gaan groeien.

Stap 3 De lentivirale vector met functioneel gen wordt klaargemaakt

Het lentivirus met het werkend gen wordt geproduceerd, getest en vervolgens, in de juiste verhouding van het aantal virusdeeltjes per stamcel, toegediend aan de groeiende bloedvormende stamcellen.

Stap 4 Behandelen van de stamcellen met gentherapie in kweek (transductie)

De stamcellen worden vervolgens verder opgekweekt samen met het lentivirus. Dit lentivirus is een geneutraliseerd virus, dat alleen dient als drager van het functionele gen en zichzelf niet meer kan vermenigvuldigen. Het lentivirus is een RNA-virus dat, in de cel van de patiënt, het RNA dat het bij zich draagt, omzet in DNA. Dit DNA komt terecht in het genoom van de stamcellen. Zo komt ook het functionele gen in het DNA van bloedvormende stamcellen, en zorgt ervoor dat er werkend eiwit gemaakt wordt. Na de gentherapie worden de stamcellen in de vriezer bewaard voor transplantatie.

Procedure lentivirale stamcel gentherapie. Stamcellen in het beenmerg maken rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen. Gendefecten in deze bloedvormende stamcellen leiden tot allerlei bloed gerelateerde ziekten. Rode bloedcelziekten leiden vaak tot bloedarmoede, ziekten van bloedplaatjes tot bloedingen door problemen bij de bloedstolling en ziekten van de witte bloedcellen tot afweerstoornissen. Gentherapie in de bloedvormende stamcellen zou een aantal van deze ziekten kunnen genezen. © Sittrop Grafisch Realisatie Bureau

Stap 5 Conditionering van het beenmerg

Nadat de getransduceerde stamcellen met het functionele gen zijn geoogst, wordt de patiënt behandeld met chemotherapie om een deel van de bloedvormende stamcellen in het beenmerg uit te schakelen. Dit wordt conditionering genoemd. Zo ontstaat er ruimte in het beenmerg voor de nieuwe functionele stamcellen. Chemotherapie is wel toxisch voor het lichaam en heeft daarom nare bijwerkingen. Onderzoek naar alternatieve, mildere technieken, zoals het conditioneren van het beenmerg met monoclonale antilichamen, loopt nog.

Stap 6 Teruggeven van de functionele stamcellen aan de patiënt

Ongeveer 24 uur na de chemotherapie worden de stamcellen via een infuus in de bloedbaan van de patiënt gebracht. De stamcellen stromen met het bloed door de beenmergruimte. De stamcellen weten, net als postduiven die naar hun hok terugvliegen, dat ze zich in de beenmergruimte moeten gaan nestelen en voor nieuwe bloedcellen moeten zorgen. Omdat het functionele gen opgenomen is in het genoom van de stamcellen, is de verwachting dat het effect van deze lentivirale gentherapie levenslang aanhoudt.