KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 39, OKTOBER 2019

 

Utrechts HUB wil uitgroeien tot organoïde-centrum van de wereld

Sinds de oprichting in 2013 is het aantal medewerkers van HUB (Hubrecht Organoid Technology) jaarlijks bijna verdubbeld, tot inmiddels meer dan 40. CEO Robert Vries ziet die exponentiële groei nog wel even doorgaan: “We krijgen momenteel meer projectaanvragen voor met name diagnostiek en screening dan we kunnen uitvoeren. Met de serieuze stappen die nu worden gezet op het gebied van ‘personalized medicine’ worden dat er alleen maar meer.”

   

 

Foto links:
Research technician Josje Heuvelmans bij een deel van de schatkamer van HUB, een biobank met inmiddels bijna duizend organoïden, die bij -80 °C worden bewaard in door PHC Europe geleverde vriezers.

 

Foto rechts:
HUB (Hubrecht Organoid Technology) maakt voor het kweken van organoïden gebruik van CO2-incubatoren van PHC Europe. Op de foto staat labassistent Ramazan Senlice bij één van de inmiddels zeventien incubatoren.


Ruim tien jaar na het kweken van de eerste organoïde –bij het Hubrecht Institute door Toshiro Sato in de groep van Hans Clevers– ligt de weg voor commerciële toepassingen open. Dat stelt Robert Vries, die met HUB (Hubrecht Organoid Technology) sinds 2013 aan de weg timmert om er het organoïdecentrum van de wereld van te maken. Het fundament voor deze ambitieuze doelstelling ligt in de exclusieve licentie voor de patenten voor het maken van organoïden uit adulte stamcellen, de zogenaamde ASC-organoïden. Deze patenten, die voortkomen uit het onderzoek bij het Hubrecht Institute –een KNAW-instituut– zijn eigendom van de KNAW. “Met deze licentie, waarvoor we jaarlijks een vergoeding aan de KNAW betalen, kunnen we de technologie commercieel uitbaten in de vorm van licenties aan en/of onderzoeks- en ontwikkelwerk voor met name farmaceutische bedrijven. Het mooie aan deze uitgebreide patentportefeuille, die met ruim 50 patenten in 14 patentklassen alle facetten van (het maken van) de ASC-organoïden omvat, is dat bedrijven die met dergelijke organoïden aan de slag willen niet om ons heen kunnen”, aldus Robert Vries.

 

Bijna alle organen

De grote plus van de organoïdetechniek is dat je de menselijke cellen in die mini-orgaantjes kan laten groeien zonder dat ze veranderen; de culturen blijven zowel geno- als fenotypisch extreem stabiel. Bij de ASC-techniek wordt uitgegaan van epitheelcellen. Dit maakt deze methode geschikt voor het maken van 3D-ministructuren die epitheelcellen bevatten, zoals lever, darm, long, alvleesklier, maag en nier. Voor weefsels waarin epitheelcellen ontbreken, zoals spierweefsel (dus ook het hart), bloedvaten en neuronen is deze methode niet geschikt. Voor het maken van dergelijke structuren zijn er betere mogelijkheden met pluripotente (IPS) stamcellen. Deze benadering kan echter niet tippen aan de ASC-methode wat betreft de structuren met epitheelcellen en is alleen geschikt voor het kweken van gezonde cellen. De focus in het organoïde-onderzoek lag aanvankelijk ook op het kweken van gezonde cellen, met als ultiem doel regeneratieve geneeskunde en celtherapie. De aandacht is inmiddels verschoven naar pre-klinische drug screening en diagnostiek en –in het verlengde daarvan– ‘personalized medicine’. “Sowieso is de weg naar celtherapie heel lang, zelfs nog een stuk langer (en ook onzekerder) dan die van het op de markt brengen van geneesmiddelen op basis van ‘small molecules’. Maar we zagen ook dat we niet alleen gezonde, maar ook zieke cellen kunnen laten groeien, zoals kankercellen. Dat opende de weg naar toepassingen die een stuk sneller te realiseren zijn, bijvoorbeeld ziektemodellering door organoïden direct uit zieke patiëntenweefsels te laten groeien. Verder maakt de directe klonering van meerdere afzonderlijke cellen uit primaire tumoren moleculaire en functionele analyse van tumorheterogeniteit mogelijk. En ook met CRISP-gemedieerde genoommodificatie kunnen we aan de slag: menselijke organoïden blijken hiervoor zeer ontvankelijk te zijn, wat een enorm scala aan mogelijkheden biedt op het gebied van het modelleren van maligne transformatie en mutagenese na defect DNA-herstel.”

 

Direct winstgevend

Het is dan ook de implementatie van de organoïdetechnologie voor toepassing als test bij het maken van nieuwe medicijnen of als diagnostische tool die aan de basis lag van de oprichting van HUB in 2013. Hierbij is gekozen voor de opzet van een non-profit bedrijf, in de vorm van een stichting. “We zagen enorm veel verschillende toepassingen. Om dat in één bedrijf ‘for-profit’ onder te brengen is niet zo gemakkelijk: investeerders willen vaak focus, dus ofwel regeneratieve geneesmiddelen ofwel diagnostiek, en dan vaak voor een specifiek ziektebeeld. En dat wilden we juist niet. Bovendien wilden we ook het platform goed neerzetten, en het via de constructie met de KNAW-patenten verankeren in Nederland. Dat betekende wel dat we vanaf het begin winstgevend moesten zijn; eerst geld verdienen en dan pas uitgeven. Dat was wel een uitdaging omdat we het –zeker in 2013– moesten verdienen met een hele vroege techniek”, vertelt Robert Vries. HUB, dat is opgericht door het Hubrecht Institute en het UMC Utrecht, is gestart met twee voormalige post-doc’s van het Hubrecht: Robert Vries die zich richtte op business-development en de huidige scientific director Sylvia Boj, die de labactiviteiten runde. In het begin werkten ook enkele technicians op het Hubrecht mee, die werden ingehuurd voor specifieke projecten. Inmiddels staat er er een organisatie die naast zo’n 25 mensen in de verschillende laboratoria steeds meer business-developers, regelgeving specialisten en juristen telt, die onder andere de inmiddels meer dan 40 licentiecontracten met bedrijven van over de hele wereld in goede banen moeten leiden.


De laboratoria voor weefselkweek zijn organisatorisch verdeeld over drie departementen: oncologie, CF & andere ziektes en screening.

 

Cystic fibrosis

Organoïden kunnen worden toegepast vanaf in vitro pre-klinische modellen voor de screening van de effectiviteit van potentiële geneesmiddelen tot aan het patiëntspecifiek optimaliseren van geneesmiddelentherapieën (‘personalized medicine’). Dit alles begint bij de ontwikkeling van goede modellen. Net als bij diermodellen in pre-klinisch onderzoek moet ook het gedrag van een organoïde in een test een bepaalde klinische relevantie hebben. Een van de eerste ziektes waarvoor dit uitgebreid is aangepakt is cystic fibrosis (CF). CF is een erfelijke ziekte die ernstige schade veroorzaakt aan onder meer de longen en het spijsverteringssysteem. Door een defect in het CFTR-gen van de wereldwijd tussen de 70.000 en 100.000 CF-patiënten worden orgaanafscheidingen dik en sticky, zodat de aangetaste organen niet meer goed functioneren. “Een uitdaging in de behandeling van CF is gelegen in de diversiteit van het genetische defect. Er zijn meer dan 2.000 verschillende mutaties geïdentificeerd in CF-patiënten, waarbij twaalf mutaties in de helft van de populatie voorkomen en de rest is verdeeld over de andere helft. Een geneesmiddel kan derhalve voor de ene patiënt veel minder effectief zijn dan voor de ander. Waar je dat tot nu toe alleen proefondervindelijk kon vaststellen, kunnen we de effectiviteit nu voorspellen. Hiervoor gebruiken we een bij het UMCU/WKZ door Jeffrey Beekman ontwikkelde test, het in vitro FIS-assay, waarbij FIS staat voor ‘forskoloin-induced-swelling’. Een belangrijke investering die we hiervoor hebben gedaan is de opzet van een CF-biobank met meer dan 400 organoïdeculturen van CF-patiënten, die meer dan 100 mutaties representeren. Hiermee kunnen bedrijven de effectiviteit van nieuwe stoffen op de gehele populatie of specifieke mutaties binnen deze populatie bepalen. Dat is een bijzonder effectieve methode, blijkt uit verschillende studies bij andere ziektebeelden. Die laten een correlatie van meer dan 80% zien tussen wat er gebeurt in de patiënt en wat in het organoïde. Als je een nieuw medicijn maakt op die samples, is de kans dat je daar al weet dat je goed zit veel groter dan als je afgaat op de klassieke pre-klinische testen. Medicijnen zijn onder andere zo duur omdat het gros de eindstreep niet haalt: meer dan 90% mislukt. Als je voordat je de klinische trials ingaat al weet wat er gaat gebeuren, kan je dat proces veel efficiënter doorlopen”, stelt Robert Vries.


Robert Vries, CEO van HUB (Hubrecht Organoid Technology) ziet met de eindelijke doorbraak van ‘personalized medicine’ het werk voor zijn bedrijf alleen maar toenemen.

 

Personalized medicine

Een stap verder is om met behulp van een organoïde dat is opgekweekt uit stamcellen uit het aangetaste weefsel van een CF-patiënt te voorspellen welk geneesmiddel (het beste) werkt. “In je gedachten is dat maar een kleine sprong vanaf drug screening op organoïdeculturen, maar in de praktijk komt daar heel wat bij kijken. Rond diagnostiek om te voorspellen wat voor medicijnen patiënten nodig hebben zit in zichzelf een heel protocol en bijbehorende technologie. Academisch gezien is daar wel een soort van proof-of-concept voor, maar je moet wel bewijzen dat die benadering ook daadwerkelijk geschikt is voor klinische toepassing. We moeten dus voor de organoïden zelf ook klinische trials doorlopen. Daar zitten we nu middenin. Tot nu toe hebben we nog geen negatieve test gehad, dus dat verloopt voorspoedig!” Patiënten hebben de potentie van organoïden ook ontdekt en willen in hun enthousiasme nogal eens kort door de bocht gaan, wat Robert Vries overigens zeer goed kan voorstellen, zeker bij ernstige ziektes waar nog geen medicijnen voor beschikbaar zijn, zoals CF. “Patiënten bellen ons zelfs om van hun materiaal een organoïde te laten maken en die naar een farmaceut te sturen die voor hun ziekte medicijnen aan het ontwikkelen is, zodat ze die specifi ek voor hem of haar gaan maken. Dat kan natuurlijk niet, maar als je naar de toekomst kijkt, zou dat best eens kunnen gebeuren. En als je naar groepen van patiënten met specifi eke genetische afwijkingen kijkt, gebeurt dit al. Het bedrijf Eloxx Pharmaceuticals heeft bijvoorbeeld mede door het gebruik van organoïden een geneesmiddel tegen een stop-codon in ontwikkeling, dat voor een bepaalde vorm van CF ook daadwerkelijk lijkt te gaan werken. Patiënten hebben in dit geval letterlijk aangegeven: ik heb die mutatie; doe er wat aan!”

 

Druk op het lab

De eerste positieve resultaten bij CF hebben al snel geleid tot belangstelling bij andere ziektegebieden, met name de oncologie. “Waar CF een ‘duidelijke’ ziekte is, met een kleine incidentie, is dat voor kanker een stuk complexer en omvangrijker. Maar ook daar geldt dat de ‘medical need’ hoog is, wat ons sterk motiveert in ons werk. We zijn echter te klein om alle ziektes aan te pakken. Daarbij besteden we ook nog een derde van onze tijd aan technologie-ontwikkeling rond nieuwe wetenschappelijke methodes, die we optimaliseren en opschalen voor toepassing in de farmaceutische industrie.” De onstuimige groei van het bedrijf, die een zelfde tijdspad heeft als de wereldwijde markt voor 3Dconstructen (in 2013 nagenoeg nul; inmiddels 700 miljoen euro) is ook terug te zien in de laboratoria, die vanwege ruimtegebrek inmiddels over twee aanpalende gebouwen verspreid zijn. De planning is om begin 2022 een nieuw pand te betrekken, maar tot die tijd zal er nog extra ruimte moeten worden gehuurd, zo is de verwachting. Het laboratoriumwerk is momenteel organisatorisch verdeeld over drie departementen: oncologie, CF & andere ziektes en screening. Fysiek gezien lopen die departementen redelijk door elkaar heen. Zo is in het ene gebouw de moleculaire biologie en histologie ondergebracht. Daar is ook een quarantaine lab en een ML2-lab voor virologie te vinden.

 

Zeventien incubatoren

De weefselkweek zit in het ‘hoofdgebouw’, waar ook de kantoren zijn. Hier is wel een duidelijke scheiding te zien tussen de verschillende ziektes in de inmiddels zeventien CO2-incubatoren: in iedere incubator worden (patiënt)cellen gegroeid die met een specifi eke ziekte zijn geassocieerd. De omzichtigheid bij het scheiden van dergelijke apparatuur per departement c.q. ziektebeeld zie je ook terug in het selectieproces van de leverancier van de incubatoren: PHC Europe, dat ook een aantal -80 °C vriezers leverde. “We moeten gewoon apparatuur hebben die klopt. Dat geldt zeker voor de incubatoren, die essentieel zijn voor ons werk. Naast specifi eke voorwaarden rond stabiliteit en alarmering, is het voor ons ook belangrijk dat als een incubator in storing is geweest of als de temperatuur iets is afgeweken, dat we dat in de gelogde data kunnen terugvinden. Het gaat immers over kostbare materialen, veelal van ernstig zieke patiënten. Daarvoor geldt geen enkel compromis”, aldus Robert Vries.

 

PHC Europe

www.phchd.com/eu/biomedical

 

HUB

hub4organoids.eu

 

15.000 euro voor een organoïde

Om voldoende organoïde materiaal te kweken voor een biobank ben je nu nog zo’n vijf maanden en 15.000 euro verder. Dat geldt niet alleen voor organoïden waar je verdere experimenten mee doet (en waarbij je vanuit een oer-organoïde in de ‘master cell’ bank nieuwe cellen kweekt voor de ‘working cell’ banken die dienen als bron voor de experimenten), maar ook voor de organoïden die worden gekweekt voor patiëntstudies. Deze laatste zijn inmiddels verantwoordelijk voor het gros van de groei van de biobank, met inmiddels bijna duizend verschillende organoïden.

De kosten voor het maken van organoïden zijn relatief laag als je ze vergelijkt met de kosten van deels nog experimentele CF-medicijnen. Als je daarbij bedenkt dat je de effectiviteit van een therapie kunt verbeteren (dus alleen medicijnen voorschrijft die wel werken) dan zorgen deze patiëntspecifieke organoïden, naast de winst in ‘patient benefit’, zelfs voor een besparing. Ook voor de oer-organoïde wordt de soep niet zo heet gegeten als die wordt opgediend: met die 15.000 euro investeer je namelijk in een organoïde, dat je jarenlang kunt gebruiken voor allerlei onderzoeken. Per proef is dat dan misschien maar een paar euro.

Robert Vries is er overigens van overtuigd dat deze kostprijzen omlaag zullen gaan: “Als we het maken van organoïden kunnen opschalen naar de getallen die bij oncologie voorkomen, wordt ook deze techniek een stuk goedkoper.”