iPS: klaar om te screenen?

19-10-2012

door Michelle Pflumm, Ph.D. 

Onderzoekers werken hard om medicijnen te vinden en te ontwikkelen voor ALS. Maar nu vier medicijnen in fase II of III gestopt zijn tijdens de voorbije negen maanden, denkt een groeiend aantal wetenschappers out of the box in de hoop meer efficiënte medicijnen te vinden voor de ziekte.

Eén toenemende strategie is om herprogrammeringstechnologieën met stamcellen te gebruiken om celmodellen te ontwikkelen voor ALS. Motor neuronen worden herschapen vanuit huidcellen verkregen bij pALS of gezonde controlepersonen. Dan worden deze cellen gekenmerkt en vergeleken in de hoop verschillen te identificeren die “fenotypen” genoemd worden en die op sleutelaspecten van de ziekte gelijken.

De gedachte is: om potentiële ALS-medicijnen te vinden, worden zieke motor neuronen in het lab opgespoord en dan gescreend met stoffen die hen verbeteren.

“Het is een beetje frustrerend geweest dat een aantal therapieën, ontdekt in preklinische modellen van de ziekte, geen aantoonbaar effect hadden in de klinische studies,” zegt neuroloog Steven Finkbeiner MD PhD van de University of California San Francisco (UCSF). “Dankzij het gebruik van menselijke neuronen, vooral die van patiënten met de ziekte, kunnen we misschien een model verkrijgen dat ons meer relevante inzichten in de ziekte geeft die ook bruikbaar kan zijn om kleine moleculen te vinden die een therapeutisch effect zouden kunnen hebben.”

Onderzoekers van de Kyoto University in Japan brengen tegenwoordig verslag uit van de ontwikkeling van screening gebaseerd op geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS) dat gebruikt zou kunnen worden om potentiële medicijnen voor ALS te ontdekken.

De resultaten komen net nu na de voorbije US UK studie waarin wetenschappers, Steven Finkbeiner MD PhD inbegrepen, aantoonden dat motor neuronen met aanwijsbare kenmerken van de ziekte, zouden kunnen herschapen worden in het lab.

Tesamen hebben deze studies de weg geplaveid naar het gebruik van iPS cel lijnen die van de patiënt afkomstig zijn als een manier om nieuwe medicamenten voor ALS te vinden.

“[We] hopen dat deze fenotypen een doelwit kunnen zijn om te screenen,” zegt neurowetenschapper Harushisa Inoue, MD PhD, en leider van de studie, schrijft ALS Today. “We denken dat verdere wetenschappelijke vooruitgang/technische vorderingen [nochtans] onontbeerlijk zijn.”

De ontdekkingen werden deze maand gepubliceerd in Science Translational Medicine.

Het team van de Kyoto University schiep iPS cel lijnen van drie ALS-patiënten en zeven gezonde mensen en vormde deze om naar motor neuronen.

De onderzoekers ontdekten dat motor neuronen afkomstig van mensen met ALS gelijken op die van mensen zonder de ziekte. De motor neuronen stapelden klompen van het TDP-43 proteïne op in hun cytoplasma. En de cellen gelijkend op zenuwen leken kwetsbaarder te zijn voor oxidatieve stress.

Het team behandelde dan motor neuronen met vier chemicaliën om hun potentiële bruikbaarheid te beoordelen bij het identificeren van medicamenten voor ALS. Het team ontdekte dat behandeling met één chemisch product, anacardisch zuur, de niveau's van het TDP-43 -voornamelijk in het cytoplasma- bijna 150-voudig keer deed verminderden.

Deze vondsten suggereerden samen dat dit zgn. screening platform potentieel gebruikt zou kunnen worden om nieuwe medicatie te ontdekken voor de ziekte.

  

  ALS in het lab. Onderzoekers herschapen motor neuronen van mensen met een erfelijke vorm van ALS met een mutatie in het TDP-43. Beeld: Emw, Wikimedia Commons.

 

 

Het loont om bij hetzelfde te blijven.

Sleuteluitdagingen moeten nochtans aangepakt worden vooraleer op iPS-gebaseerde screenings een routine 'medicatie ontdekking' praktijk kunnen worden. Motor neuronen hebben tot 2 maanden nodig om in het lab geschapen te worden. Bovendien kunnen op iPS-gebaseerde screenings duur zijn: bijna drie tot vijf keer zoveel als van conventionele screenings met muizen, volgens Steven Finkbeiner MD PhD. Maar de grootste uitdaging waarvoor degenen die medicamenten ontdekken en ontwikkelen staan, is variabiliteit.

Onderzoekers blijven onzeker over hoe groot het screeningsplatform moet zijn om de heterogeniteit van de ziekte te omvatten. Hoeveel mensen met ALS moeten gerecruteerd worden? Hoeveel cellijnen moeten uiteindelijk gescreend worden voor het identificeren van medicijnen voor zeldzame ziektes?

Wetenschappers over de ganse wereld werken hard om batterijen van iPS cel lijnen te maken van mensen met ALS in de hoop de belangrijkste cel lijnen te identificeren die subgroepen van de ziekte omvatten en tegelijk rekening houden met de verschillen in genetische achtergronden.

Verder blijven wetenschappers ook onzeker welke iPS cel lijnen motor neuronen genereren die lijken op die bij elk individueel geval van ALS. iPS cel lijnen die oorspronkelijk van dezelfde persoon met ALS voortkomen, kunnen onderling verschillen wegens verschillen in graden van herprogrammering of andere veranderingen die plaatsvinden ten gevolge van labcondities.

Om tegemoet te komen aan de uitdaging van de zogenaamde variabiliteit van klonen, ontwikkelen UCSF onderzoekers eencellige iPS stalen die gebruikt kunnen worden om de voordelen te meten van potentiële ALS-medicijnen in individuele motor neuronen in de loop van de tijd. “We behandelen de cellen in zekere zin als patiënten. Elke cel dient als haar eigen controle,” legt Steven Finkbeiner MD PhD uit. “dat heeft schijnbaar al veel verholpen aan de variabiliteit.”

Ondertussen is het Kyoto University team, volgens Harushisa Inoue MD PhD, hard aan het werk om betere methoden te creëren om meer duurzame iPS cellen te maken die voldoende motor neuronen produceren voor screening doeleinden.

In de toekomst kijkend, anticiperen wetenschappers dat deze strategieën niet alleen kunnen helpen om nieuwe potentiële medicijnen te identificeren maar daarenboven die mensen met ALS helpen identificeren die er klaarblijkelijk voordeel bij hebben – ook diegenen met de sporadische vorm van de ziekte.

“Zonder in staat te zijn een specifieke genetische mutatie aan te tonen, kunnen we desondanks patiënten identificeren en onderverdelen op basis van hun celfysiologie om hun medicijnen te kiezen,” zegt Steven Finkbeiner MD PhD. “In plaats van de bloeddruk te meten, kunnen we de homeostase van eiwitten meten of een ander intern pad dat een rode draad kan zijn in deze ziekten.”

Om meer te weten te komen over hoe wetenschappers hopen stamcellen te gebruiken om beter te begrijpen waarom motor neuronen aftakelen in mensen met ALS, lees ALS motor neurons made easy? Om meer te leren over de uitdagingen die behandelings strategieën op basis van stamcellen de clinici brengen, check Neuralstem: surging immunosuppression? en Operation Neuroprotection.

 

Vertaling: Eric De Keyser

Bron: ALS TDI

Opname twee. Wetenschappers herscheppen stamcellen in het lab door de klok terug te draaien in huidcellen (fibroblasten) verkregen door huidbiopsie. Naar deze geherprogrammeerde cellen wordt verwezen als’ geïnduceerde stam cellen of induced pluripotent stem cells (iPS)’. Video: Genetics Policy Institute.

 

Uit motor neuronen herboren Wetenschappers herscheppen motor neuronen van mensen met ALS door iPS cellen in een motor neuron vorm te gieten. Hier worden gezonde muis motor neuronen gegenereerd. Video: SBI Biosystems.