211service.com
Een levensreddende levermachine
Omdat menselijke levers en cellijnen extreem schaars zijn vanwege een tekort aan donoren, hebben onderzoekers die werken aan het verlengen van de levens van patiënten met leverfalen, zich in het afgelopen decennium tot varkenslever gewend als een mogelijke kortetermijnmethode voor het ontgiften van menselijk bloed. Een dergelijke behandeling kan een verschil maken op leven of dood, waardoor een patiënt zijn of haar eigen lever kan regenereren of een transplantatie kan vinden.
Sinds 1997 zijn wereldwijd zo'n 200 mensen behandeld met hele varkenslevers, via een kostbare en omslachtige methode waarbij het bloed van een patiënt door een vers geëxtraheerde varkenslever wordt geleid. Hoewel sommige mensen op deze manier een dag of twee in leven zijn gehouden, sterven de varkenslevers over het algemeen twee tot zes uur na de procedure, gedood door menselijke antilichamen. En het proces is controversieel vanwege de bezorgdheid dat patiënten een varkensvirus of een micro-organisme zouden kunnen krijgen.
Dat is de reden waarom onderzoekers zich tot varkenslevercellen hebben gewend, varkenshepatocyten genoemd, in een poging een nieuwe klasse leverdialysemachines te creëren. Nu kondigt de Mayo Clinic in Rochester, MN, belangrijke stappen aan in de richting van het maken van een dergelijk apparaat. Zijn machine houdt clusters van varkenscellen veel langer in leven dan de typische levensduur van een heel ontleed orgaan. En het menselijk bloed wordt gescheiden voordat het de machine binnengaat, waardoor het aantal witte bloedcellen dat anders de nuttige varkenscellen zou aanvallen, wordt verminderd.
[Voor afbeeldingen van de leverdialysemachine en het proces, klik hier.]
Hoewel klinische proeven bij mensen minstens twee jaar duren, zegt hoofdonderzoeker Scott L. Nyberg dat zijn machine, het Spheroid Reservoir Bioartificial Liver genaamd, eind 2005 met succes werd getest in een preklinische studie bij honden met door geneesmiddelen veroorzaakt leverfalen.
De honden die met onze machine werden behandeld, leefden langer en ontwikkelden geen tekenen van hersenzwelling en hersendood, terwijl de onbehandelde controlehonden deze manifestaties van leverfalen wel ontwikkelden, zegt Nyberg, die ook een transplantatiechirurg is. Hoewel bij de vroege studie slechts zes dieren betrokken waren, waren de resultaten bemoedigend genoeg dat het team van Nyberg zijn twee prototype-apparaten verfijnt voor meer tests bij honden en primaten. Hun uiteindelijke doel: een apparaat dat een patiënt met leverfalen weken, zelfs maanden in leven kan houden.
Als alles goed gaat, kan de groep in 2008 klinische fase I-testen doen bij mensen met acuut leverfalen. We willen de levensduur van de cellen en de duur van de behandeling verlengen, zegt Nyberg, waarbij hij zich herinnert aan een geval waarin een tienerpatiënt stierf 14 uur voordat een donorlever beschikbaar kwam. Een apparaat als dit had haar nog die ene dag in leven kunnen houden.
Het Mayo-leverapparaat lijkt vaag op een aquarium op een vrijdragend metalen platform. Het reservoir is gevuld met een sterk geoxygeneerd vloeibaar medium waarin Nyberg tot 500 gram levende varkenshepatocyten deponeert. Bloed van de patiënt stroomt eerst door membranen die rode bloedcellen en plasma scheiden van de grotere witte bloedcellen.
Het plasma en de kleinere bloedcellen gaan verder op hun circuit in een buis die is ondergedompeld in de vloeibare suspensie van geclusterde varkenscellen. Door de poriegrootte van het membraan van de buis kan bloed in en uit de holle vezel stromen, terwijl de hepatocyten gal, ammoniak, ureum en andere onzuiverheden verwijderen. De poriegrootte zorgt er ook voor dat de hepatocyten en eventuele resten van varkenscellen niet in het bloed van de patiënt kunnen komen.
De machine maakt gebruik van een schommelende beweging – 15 wipbewegingen per minuut – om de levercellen te baden in voedingsstoffen, zodat ze langer kunnen overleven en beter kunnen functioneren. In de hondentesten, zegt Nyberg, bleven de cellen volledig actief in het reservoir gedurende 48 uur aan bloedontgifting. Hij zegt dat hij tot een maand lang metabolisch levensvatbare varkenslevercellen in het apparaat heeft gehouden, en ziet geen reden waarom mensen niet in leven zouden kunnen worden gehouden als ze tenminste zo lang aan het apparaat waren vastgemaakt.
Alleen al vanwege die prestaties verdienen Nyberg en laboratoriumdirecteur Bruce Amiot lof, zegt dr. Mehmet Toner, een professor in biomedische technologie en chirurgie aan de Harvard Medical School die gespecialiseerd is in het behoud van leverweefsel. Aangezien de oxygenatie van de levercellen een belangrijk probleem is bij het bewaren ervan in een extern apparaat, is deze benadering een goede stap voorwaarts, zei hij. Nyberg is altijd erg goed geweest in zijn controles en studies, en varkenscellen zijn beslist beter dan bewaarde menselijke cellijnen zoals we er nu voor staan.
Toner legt uit dat bij enkele onderzoeksinspanningen bij leverdialyse gebruik is gemaakt van cryogeen geconserveerde menselijke cellen, maar die cellen verliezen de meeste van hun leverzuiverende eigenschappen tijdens het bevriezingsproces. Levende menselijke cellen zijn zeer moeilijk te verkrijgen door een gebrek aan donoren.
Een ander cruciaal aspect van het apparaat van Nyberg is dat het de levercellen van varkens aanmoedigt om zich snel te vormen tot aggregaten die sferoïden worden genoemd. In tegenstelling tot geïsoleerde levercellen, die hun functionaliteit verliezen naarmate ze na verloop van tijd platter worden, voeren sferoïden van levercellen, die ruwweg op een microscopisch kleine voetbal lijken, vitale leverfuncties uit met een veel hogere stofwisseling. Het creëren van een machine die een zeer groot aantal levercellen in leven en biochemisch actief kan houden, is essentieel, zegt Nyberg, omdat is aangetoond dat alleen primaire hepatocyten die rechtstreeks uit een lever zijn geïsoleerd - van mens of dier - alle noodzakelijke zuiveringsactiviteiten tegelijkertijd uitvoeren.
Als de machine van Nyberg zou slagen, zou ze een enorme technologische leegte opvullen. Volgens de American Society for Artificial Internal Organs zijn er momenteel geen actieve door de FDA goedgekeurde tests van een extern leverapparaat in de Verenigde Staten. Ondertussen staan ongeveer 17.000 Amerikanen op wachtlijsten voor levertransplantaties, en komen er jaarlijks minder dan 5.000 levers beschikbaar. Elk jaar sterven ongeveer 40.000 Amerikanen aan leveraandoeningen.
Natuurlijk is dat van Nyberg niet het enige varkenscelapparaat in de maak. Verschillende andere bedrijfs- en academische laboratoria werken aan apparaten, maar Toner zegt dat de inspanningen van Nyberg opvallen door de lengte van de cellevensduur en de algehele capaciteit van de machine om bloed te reinigen. Er is een essentiële nichetoepassing voor het varkensapparaat, in die zin dat het de patiënt in leven houdt terwijl behandeling wordt gezocht of terwijl menselijke donoren beschikbaar komen, voegt hij eraan toe.
Ondertussen proberen andere onderzoekers genetisch gemanipuleerde varkenslevers te maken die in mensen kunnen worden getransplanteerd, maar dat blijft ver weg en controversieel.
Waar alle onderzoekers het echter over eens zijn, is dat varkensweefsel veiliger is dan weefsel van andere dieren, omdat mensen relatief weinig ziekten gemeen hebben met varkens.