KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 31, MAART 2017

Onderzoekers Intensive Care pakken
sepsis aan op meerdere fronten

Sepsis, een infectiesyndroom dat zo uit de hand kan lopen dat er orgaanschade optreedt, is met een mortaliteit van 30 procent de nummer één doodsoorzaak op de intensive care. Een jarenlange zoektocht naar medicijnen hiertegen heeft tot nu toe geen enkel positief resultaat opgeleverd. Nieuwe inzichten in het ziekteverloop van sepsis effenen de weg naar effectieve therapieën. Onderzoekers van de afdeling Intensive Care van het Radboudumc spelen hierin een belangrijke rol.

De niet al te vleiende betiteling ‘Pharmaceutical Graveyard’ heeft sepsis te danken aan de miljarden die de afgelopen veertig jaar door de farmaceutische industrie tevergeefs zijn geïnvesteerd in de ontwikkeling van potentiële medicijnen tegen dit infectiesyndroom. Geen één van die middelen heeft namelijk geleid tot een lager sterftecijfer. Matthijs Kox, assistant professor bij de afdeling Intensive Care van het Radboudumc, heeft daar met de huidige kennis over sepsis wel een verklaring voor. “Feitelijk hebben farmaceutische bedrijven en onderzoekers lange tijd op het verkeerde paard gewed door zich exclusief te richten op de eerste fase van de ontwikkeling van sepsis. In die hyperinflammatoire fase, die ook wel de cytokinestorm wordt genoemd, reageert het immuunsysteem van de patiënt heel hevig, wat zich uit in onder meer hoge koorts. Die koorts kan je tegengaan met immuunremmende middelen, maar dan houd je geen rekening met de tweede fase, waarin het immuunsysteem uitgeput is geraakt en daardoor niet meer in staat is om secundaire infecties te bestrijden. Juist in die tweede fase, denken we nu, kunnen we met immuunstimulerende middelen een therapeutisch effect bewerkstelligen om het immuunsysteem weer op te krikken; een effect dat je door de ‘old school’ benadering met immuunremmende middelen wellicht juist tegengaat.
Bedenk ook dat meer patiënten overlijden in de tweede fase dan in de eerste. In die eerste fase kunnen de ICartsen tegenwoordig door een verbetering van de supportive care het overlijden van veel patiënten voorkomen, door bijvoorbeeld vasopressie, beademing, hartversterkende medicijnen en tijdige toediening van vocht en antibiotica. Daarna komen veel patienten echter in die langere, tweede fase, waarin het immuunsysteem inactief is. Dan heb je niet alleen te maken met de nog steeds voortsudderende primaire infectie, maar ook met secundaire infecties die kunnen leiden tot orgaanfalen (vaak van de nier, maar ook van het hart en longen) en het uiteindelijke overlijden van de patiënt.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Researchanalist Jelle Gerretsen bij de Panasonic -80 °C vriezer die onlangs is aangeschaft om extra vriesruimte te bieden voor de groeiende monsterstroom die is gemoeid met het sepsisonderzoek bij de afdeling Intensive Care van het Radboudumc.

 

Personalized medicine

Matthijs Kox, en met hem de andere grofweg vijftien onderzoekers die zich bij de Intensive Care toeleggen op de immunologische aspecten van sepsis, waakt er voor om ook nu weer voor een ‘heilige graal’ te gaan, in dit geval door te denken dat alle patiënten gebaat zullen zijn met immunostimulerende medicijnen. “Allereerst moet je bepalen of een patiënt in de hyperinflammatoire fase zit of in de immuunparalytische. Maar daarmee ben je er nog niet, want net als bijvoorbeeld bij kankerpatiënten is er ook bij sepsispatiënten sprake van een heterogene populatie. Je moet dus per patiënt bepalen welke therapie, met welke middelen, het meest kansrijk is. Waar die benadering bij kanker door de ontwikkeling van allerlei sophisticated markertechnologieën inmiddels al met succes wordt toegepast, staan we wat personalized medicine betreft met sepsis nog aan het begin. Het ontbreekt ons bijvoorbeeld nog aan betrouwbare biochemische markers die zeggen dat een patiënt sepsis heeft, laat staan dat we er goed mee kunnen bepalen in welke fase van sepsis de patiënt zit. Binnen onze groep werken we op verschillende niveaus om diagnostiek en behandeling te verbeteren, van fundamenteel onderzoek naar de onderliggende mechanismen tot geneesmiddelenonderzoek bij gezonde vrijwilligers en sepsispatiënten. De translationele setting waarin we dit onderzoek doen helpt heel goed bij het interpreteren van die verscheidenheid aan resultaten en draagt bij aan het oplossen van de puzzel die uiteindelijk tot effectieve geneesmiddelen zal leiden.” Die verscheidenheid komt tot uitdrukking in onderzoek naar onder andere de immuunonderdrukkende effecten van vasopressors, de wisselwerking tussen hypoxie en sepsis en het effect van aspirine dat –tegen de verwachting in– niet immuunremmend werkt, maar juist een boost blijkt te geven aan bepaalde onderdelen van het immuunsysteem. Ook is gebleken dat er bij mensen in een immuunparalytische staat veel defecten ontstaan in de energiehuishouding van allerlei cellen, waardoor ze niet meer adequaat kunnen reageren op bacteriën of andere binnendringers.

 

 

 

 

Assistant professor Matthijs Kox en
researchanalist Jelle Gerretsen in de
onderzoekskamer op de IC waar drie

gezonde proefpersonen kunnen deelnemen
aan studies op basis van het humane
endotoxinemie model.

 

Stap tussen diermodel en patiënt

Een belangrijke troef van de Nijmeegse onderzoekers is het humane endotoxinemie model waarmee zij behoren tot een selectie groep in de wereld die hier expertise mee hebben opgebouwd. “Dit model vormt de ideale tussenstap tussen dierexperimenten en de septische patiënt. Je kunt namelijk laten zien dat in de mens, in vivo, echt het immuunsysteem wordt beïnvloed, voordat je de stap maakt naar patiënten”, stelt Matthijs Kox. In het model krijgen gezonde proefpersonen een lipopolysacharide (LPS) ingespoten. Dit zogenaamde endotoxine is een macromolecuul dat in de buitenmembraan van gram-negatieve bacteriën zit. Het immuunsysteem reageert op de LPS als ware het een echte bacterie, maar omdat het maar een deel van de bacterie is dat niet kan repliceren, is het een zeer veilig model waarin een gecontroleerde immuunreactie kan worden opgewekt. Na het toedienen van LPS worden de proefpersonen kortdurig ziek, met ziekteverschijnselen zoals verhoogde temperatuur, snellere hartslag en rillerigheid. Ook vinden er allerlei veranderingen plaats in het immuunsysteem die in de tijd gevolgd kunnen worden door het bepalen van specifieke ontstekingsmarkers in de afgenomen bloedmonsters. Met dit model worden verschillende interventies getest die immuunmodulerend werken; of die een positief of negatief effect hebben op de immuunreactie. “Het mooie aan dit model is dat je hiermee niet alleen de eerste maar ook de tweede fase van sepsis kunt bestuderen. Als we bijvoorbeeld mensen twee keer LPS geven met een interval van een week, dan zien we dat over een week de respons op een zelfde hoeveelheid LPS maar 30 % is dan die van de eerste keer. Er treedt dus een soort tolerantie op, die lijkt op het onderdrukte immuunsysteem van de tweede fase van sepsis. Op die manier kunnen we het model niet alleen gebruiken bij het testen van medicijnen die de primaire reactie van het immuunsysteem beïnvloeden tijdens de LPS-toediening, maar kunnen we ook kijken of we, als we mensen LPS hebben gegeven, ze dan kunnen behandelen met een middel zodat ze bij de tweede keer weer een normale potente immuunrespons hebben; dat we die tolerante staat kunnen opheffen met medicijnen die het immuunsysteem weer versterken. Dat kan leiden tot mogelijke therapieën voor immuunparalyse”, legt Matthijs Kox uit.

 

Veel analyses

Ongeveer de helft van de promovendi bij de Intensive Care, zo’n vijftien, doen onderzoek naar immuunmodulatie. Voor een studie met het humane endotoxinemie model werven ze proefpersonen, screenen ze op hun gezondheid en voeren het onderzoek uit. Een doorsnee studie vergt ongeveer dertig proefpersonen, die allen een dag op de onderzoekskamer op de IC liggen. Ze krijgen een arterielijn en een infuus met LPS en al dan niet een te onderzoeken middel. Op verschillende tijdstippen worden bloedmonsters afgenomen, waarin de verschillende biochemische markers worden bepaald. Dit wordt grotendeels gedaan door researchanalist Jelle Gerretsen. “Om de verschillende cytokines aan te tonen maken we gebruik van ELISA-kits. Ook zetten we kits in met magnetische beads waaraan een antilichaam is gekoppeld. Die beads hebben een eigen kleurtje dat met een uitleesapparaat kan worden afgelezen. Op die manier kan je multiplexen: meerdere cytokines tegelijk in hetzelfde monster bepalen. Ook maken we sinds kort gebruik van een fl owcytometer waarmee je naar eiwitten op de cellen kunt kijken en natuurlijk passen we ook qPCR toe om naar genexpressie te kijken. Het in vitro celwerk doen we overigens op het lab van Algemene Interne Geneeskunde omdat we hier geen mogelijkheden hebben tot celkweek.” Per dag kunnen er bijna 500 monsters worden gegenereerd. “Per vrijwilliger hebben we ongeveer tien tijdspunten voor bloedafname. Van ieder monster maken we tot wel tien aliquots, omdat het voor de bepaling van bepaalde cytokines beter is dat ze nog nooit zijn gevriesdroogd. Met ook nog urine- en plasmamonsters erbij kom je zo al snel op 150 monsters per vrijwilliger. De onderzoekskamer biedt plek voor drie proefpersonen, dus dat levert dan bijna 500 monsters per dag”, rekent Jelle Gerretsen voor.

 

Sepsis, de grote onbekende ziekte

Paus Johannes II overleed aan sepsis, Muhammed Ali, en met hen alleen al in Nederland zo’n 10.000 mensen per jaar, wereldwijd naar schatting 20 miljoen. Ondanks deze indrukwekkende getallen is de aandacht voor sepsis in vergelijking met bijvoorbeeld borst- en longkanker, die samen jaarlijks minder sterfgevallen kennen, minimaal. Er bestaat geen sepsisfonds à la KWF Kankerbestrijding of het Reumafonds; er is geen patiëntenverenging voor sepsis. Volgens Matthijs Kox, assistant professor bij de afdeling Intensive Care van het Radboudumc, hangt die onbekendheid samen met de relatief korte periode waarin de ziekte zich manifesteert. “Sepsis komt nauwelijks op het netvlies te staan: het is heel hevig maar vaak ook kort: binnen een paar weken of zelfs binnen enkele dagen na diagnose kan de patiënt al overleden of juist opgeknapt zijn. Heel anders dan het doorgaans jarenlange ziekteproces bij kanker dat patiënten en hun dierbaren intensief doormaken. Bovendien wordt sepsis nog steeds gezien als een complicatie, een ernstige infectie die kan optreden bij zware operaties. Iets wat niet klopt, want ook een op het oog onschuldige urineweginfectie kan leiden tot sepsis.” De onbekendheid van sepsis brengt ook met zich mee dat de mogelijkheden voor onderzoeksfinanciering beperkt zijn. “We moeten het hierbij vooral hebben van farmaceutische bedrijven die mede door de nieuwe inzichten op het gebied van sepsis de ontwikkeling van medicijnen hebben geïntensiveerd en faseI/II studies bij onderzoeksinstellingen als de onze laten uitvoeren”, aldus Matthijs Kox.

 

Meer vriesruimte

Met de groei van het aantal promovendi en steeds meer studies die in samenwerking met farmaceutische bedrijven worden uitgevoerd, is het niet verwonderlijk dat er ook meer vriesruimte nodig is om al die monsters op te kunnen slaan. “Ondanks het gebruik van ruimtebesparende dunne buisjes (micronics) in plaats van epjes en een regime om monsters na vijf in plaats van na tien jaar te vernietigen, hebben we onlangs toch een nieuwe -80 °C vriezer moeten aanschaffen. Vanwege de ziekenhuisbrede deal met Panasonic is dat vanzelfsprekend een vriezer van Panasonic geworden. Maar daar zijn wij zeer content mee: de kwaliteit is prima en we hebben er nooit problemen mee. Ze moeten het gewoon altijd goed doen, niet in de laatste plaats omdat we alles loggen in een kwaliteitssysteem. Digitale temperatuurregistratie is een must in verband met de ruim twintig klinische trials waarin we participeren. Maar ook voor ons eigen onderzoek is dat belangrijk. Zo’n LPS-studie is enorm veel werk; daar ben je maandenlang mee bezig. Dus moet je alles nauwgezet opslaan en strak monitoren. Het zijn ook hele kostbare studies; die doe je niet zomaar even over, zoals bij in vitro werk...”, aldus Jelle Gerretsen.

 

 

 

 

 

De galerij van proefschriften bij de afdeling Intensive Care zal tussen nu en vier jaar fors

worden uitgebreid, want op dit moment verrichten zo’n 30 promovendi er onderzoek.

Ongeveer de helft doet onderzoek naar immuunmodulatie; anderen werken op het gebied van
onder andere delier (verwardheid), beademing (ademhalingsspieren) en kwaliteitsverbetering.

 

Panasonic Biomedical Sales Europe

www.panasonic-healthcare.com/nl/

 

Biomedical Intensive Care

www.radboudumc.nl

AGENDA

KOOPJESHOEK