Aangeboren hartritmestoornissen zijn zeldzaam, maar potentieel levensbedreigend. Voor veel patiënten zijn effectieve behandelingen nog niet beschikbaar. Het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) en biotechbedrijf Ncardia hebben nu een geautomatiseerd onderzoeksplatform ontwikkeld waarmee duizenden potentiële geneesmiddelen snel en gestandaardiseerd kunnen worden getest op zogenoemde mini-hartmodellen. Het platform - gebaseerd op stamceltechnologie - is ontwikkeld op het Leiden Bio Science Park.
Bij aangeboren hartritmestoornissen functioneert het elektrische systeem van het hart niet goed, wat kan leiden tot een te snel, te langzaam of onregelmatig hartritme. Wereldwijd heeft naar schatting één op de tweeduizend mensen een dergelijke aandoening. Omdat de individuele aandoeningen zeldzaam zijn, blijft de ontwikkeling van gerichte medicatie achter.
Nabootsen menselijk hart
Het nieuwe platform gebruikt stamcellen die onder laboratoriumomstandigheden worden omgezet in verschillende typen hartcellen. Deze cellen vormen samen kleine driedimensionale structuren – zogenoemde microweefsels – die belangrijke aspecten van de werking van het menselijke hart nabootsen. Volgens LUMC-onderzoeker Richard Davis zijn deze 3D-modellen aanzienlijk informatiever dan eerdere, eenvoudigere hartcelmodellen en daardoor geschikter voor geneesmiddelenonderzoek.
De toegenomen complexiteit van de mini-hartmodellen brengt echter ook praktische uitdagingen met zich mee, zoals reproduceerbaarheid, kosten en schaalbaarheid. Om die reden zocht het LUMC de samenwerking met Ncardia, een LUMC spin-off met expertise in geautomatiseerd stamcelgebaseerd geneesmiddelenonderzoek. Ncardia heeft zowel de productie van de mini-hartmodellen als het testproces volledig geautomatiseerd met behulp van robotica en data-analyse. Zo kunnen in één experiment duizenden stoffen parallel worden getest.
In een eerste toepassing is het platform ingezet voor onderzoek naar CPVT1, een erfelijke hartritmestoornis. Daarbij zijn meer dan 2.000 bestaande geneesmiddelen gescreend. Ongeveer honderd daarvan lieten een potentieel gunstig effect zien en worden nu nader onderzocht. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Trends in Biotechnology.
Het platform kan ook worden gebruikt voor het testen van hartveiligheid van nieuwe geneesmiddelen en chemische stoffen. Daarnaast biedt de technologie mogelijkheden voor meer gepersonaliseerde behandeling, bijvoorbeeld door mini-hartmodellen te maken uit stamcellen van individuele patiënten die niet reageren op standaardtherapieën.
Langere onderzoekslijn in biotechnologie
De samenwerking met Ncardia past in een bredere en langere onderzoekslijn van het LUMC op het snijvlak van biomedische technologie en cardiologisch onderzoek. Al in 2020 werkte het LUMC samen met de Universiteit Twente aan zogenoemde hart-op-een-chipmodellen. Dat gezamenlijke onderzoek richtte zich onder meer op het bestuderen van de effecten van COVID-19 en COVID-19-medicatie op het hart, in een periode dat hierover nog weinig klinische kennis beschikbaar was.
Ook in dat onderzoek werden hartmodellen op basis van pluripotente stamcellen gebruikt, geïntegreerd in microchips waarmee hartfunctie en medicijneffecten buiten het lichaam konden worden gemeten. Het doel was om sneller inzicht te krijgen in mogelijke hartschade door infectie of behandeling, en daarmee de besluitvorming van zorgprofessionals te ondersteunen. Binnen dat project werkte het LUMC samen met meerdere academische en industriële partners, waaronder Ncardia.
Bundelend ecosysteem
Volgens het LUMC benadrukken dit soort samenwerkingsverbanden het belang van het Leiden Bio Science Park als ecosysteem waarin academisch onderzoek, technologische ontwikkeling en industriële toepassing samenkomen. De recente samenwerking met Ncardia werd mede mogelijk gemaakt door een Innovatiecampussubsidie van de Provincie Zuid-Holland en aanvullende financiering vanuit het Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW).
