Showcase
Virussen bestuderen met mini-luchtwegorganen
Het klinkt als science fiction: mini-luchtwegen kweken vanuit de stamcellen van koeien, varkens of mensen. Onderzoekers van Wageningen University & Research werken aan organoïden en stellen die mini-organen straks bloot aan virussen of bacteriën om te zien of die een infectie veroorzaken en andere diersoorten of mensen kunnen besmetten. Dankzij deze stamceltechnologie kunnen onderzoekers in de toekomst nieuwe ziekteverwekkers sneller begrijpen en daarmee grote ziekte-uitbraken zoals COVID-19 helpen voorkomen. En nog een groot extra voordeel: er zijn minder dierproeven nodig.
Kippen, vleermuizen of nertsen: boerderijen of markten met landbouwhuisdieren of wilde dieren kunnen hotspots zijn voor zoönosen (ziekteverwekkers die kunnen overgaan van dier op mens). Die overdracht gebeurt vaak door de lucht, maar mensen en dieren kunnen soms ook geïnfecteerd raken via voedsel of water.
‘Bij dieren komen verschillende luchtwegvirussen voor die soms gevaarlijk zijn voor mensen’, zegt viroloog Rik de Swart. ‘Denk bijvoorbeeld aan SARS, een coronavirus dat afkomstig is van vleermuizen en bij mensen soms een dodelijke longziekte veroorzaakt. Als iemand in aanraking komt met zo’n virus probeert het afweersysteem het uit te schakelen. Zodra de cel de indringer opmerkt, slaat het alarm door het produceren van interferonen, lichaamseigen eiwitten. Hiermee geven ze een signaal aan de omliggende cellen in het weefsel die vervolgens hun antivirale afweer versterken. Maar sommige virusinfecties weten die respons te omzeilen, bijvoorbeeld door het blokkeren van de interferonproductie van cellen. Om grote ziekte-uitbraken te voorkomen is het belangrijk om nieuwe ziekteverwekkers vroegtijdig te identificeren en begrijpen.’
Met deze kleine celsystemen kunnen we studies doen, waar nu nog dierproeven voor nodig zijn.
Mini-luchtwegorgaantjes uit stamcellen
De onderzoekers kweken daarom mini-luchtwegorgaantjes uit stamcellen van koeien, varkens, geiten, katten, honden, konijnen, fretten én mensen om er virussen op te testen. Ze nemen een weefselmonster (biopt) uit de luchtweg en snijden het in kleine stukjes om de cellen er goed uit te krijgen. Ze doen de cellen vervolgens in een gel die rijk is aan extracellulaire matrixeiwitten en voegen groeifactoren toe. Zo groeien de stamcellen uit tot kleine klompjes van cellen die je nog net met het blote oog kunt zien.
De Swart: ‘De mini-orgaantjes bestaan uit verschillende typen cellen waardoor ze een goede afspiegeling vormen van het orgaan waarvan ze zijn afgeleid. Met deze zogenoemde organoïden leggen we een celbank aan, een voorraad in de vriezer. Daarna kunnen we onder meer infectiestudies doen met deze kleine celsystemen, waar we nu nog dierproeven moeten doen.’
Mini-organen helpen voorspellen wat je van een virus kunt verwachten en welke diersoorten het kan infecteren.
Voorspellende waarde
Volgens De Swart kunnen onderzoekers met de mini-organen voorspellen wat je van een virus kunt verwachten en welke diersoorten het kan infecteren. Als testcase infecteren ze de mini-luchtwegen bijvoorbeeld met het influenzavirus van vogels. ‘Van dit virus weten we dat het kan overgaan van vogels op varkens en mensen. We bestuderen of dit virus goed groeit op de kweekmodellen van varkens en mensen en juist niet op andere modellen: veroorzaakt het virus een infectie en is het in staat zich binnen de celkweek te verspreiden? We hopen en verwachten dat de snelheid van die verspreiding een goede voorspellende waarde heeft voor de verspreiding in de verschillende gastheren.’
Met name de virussen die de de afweerreactie omzeilen zijn de moeite waard om verder onder de loep te nemen. De uitkomsten zijn van belang voor de gezondheidsautoriteiten die zo beter kunnen bepalen welke specifieke virussen extra in de gaten gehouden moeten worden om een grote virus-uitbraak of pandemie te voorkomen.
Zoönosen
Er bestaan zeker drie families van luchtwegvirussen die het vermogen hebben om van dieren op mensen over te springen. Zo was de wereld een eeuw geleden in de ban van een griepvirus, de Spaanse Griep. Daarnaast zijn er coronavirussen zoals SARS. De Swart: ‘We schatten in dat naast de griepvirussen en de coronavirussen ook de paramyxovirussen, met name Nipah en Hendra virus, mogelijke kandidaten zijn voor toekomstige zoönotische ziektes en mogelijk zelfs een volgende pandemie. Deze paramyxovirussen springen van vleermuizen via paarden of varkens over naar mensen. Met behulp van de luchtwegorganoïden van verschillende diersoorten kunnen we straks van deze en andere virussen hopelijk sneller vaststellen in hoeverre ze een risico vormen voor de mens.’