Bloedmonsters van kankerpatiënten bevatten sporen van de tumor(en), waaronder circulerende tumorcellen. Deze bevatten belangrijke informatie over de aard van de ziekte, het ontstaan van metastasen en eventueel over mogelijke behandelingen. Probleem is alleen dat het om slechts enkele cellen gaat tussen miljarden bloedcellen. Op 13 januari jl. promoveerde dr. Joost Swennenhuis aan de Universiteit Twente op een onderzoek waarbij de Puncher werd ontwikkeld: een apparaat dat deze cellen individueel isoleert.
Joost Swennenhuis, die Biochemie studeerde aan de hogeschool Saxion, heeft tijdens en na zijn opleiding aan den lijve ervaren hoe bewerkelijk en tijdrovend de gangbare methoden zijn om gericht cellen uit bloedmonsters te isoleren. De mogelijkheid om hier verandering in aan te brengen ontstond toen hij ging samenwerken met VyCAP BV.1 Dit bedrijf is een van de vele spin-offs van de Universiteit Twente (UT) en een geesteskind van prof. dr. Leon Terstappen, die er hoogleraar Medische celbiofysica is. De Puncher is dan ook ontstaan door nauwe samenwerking van VyCAP en Terstappens vakgroep binnen de UT.
Tellen
Wanneer tumorcellen van een kankerpatiënt losraken, kunnen ze in de bloedsomloop terechtkomen. Een klein deel van deze circulerende tumorcellen (CTC’s) zal uiteindelijk elders in het lichaam tot de vorming van een metastase leiden. Veranderingen in de concentraties van CTC’s kunnen iets zeggen over het succes van een behandeling. Ze hebben bovendien een voorspellende waarde doordat ze eerder meetbaar zijn dan veranderingen in de tumorgrootte.
Een praktisch probleem is echter dat het aantal CTC’s ontzettend klein is. Een milliliter bloed bevat er meestal slechts één of hooguit enkele. Zonder bijzondere meetmethoden vallen ze niet op tussen de pakweg één miljoen witte en één miljard rode cellen in een milliliter bloed. Laat staan dat ze eruit geïsoleerd en geteld kunnen worden.
Terstappens groep heeft dit probleem een jaar of tien geleden opgelost met de ontwikkeling van de CellSearch®-test (CST). Het principe is betrekkelijk eenvoudig. De test maakt gebruik van het gegeven dat op kankercellen het epitheliaal celadhesiemolecuul (EpCAM) tot expressie komt. Leukocyten missen dit molecuul. Voor de test worden in een bloedmonster de EpCAM-positieve cellen gelabeld met een ijzerhoudend antilichaam. Daardoor kunnen ze met behulp van een in de testapparatuur ingebouwde magneet aan het bloed worden onttrokken. Swennenhuis: “Je houdt dan een monster van om en nabij 10.000 cellen over. Daar zitten de tumorcellen tussen, maar de bulk bestaat uit leukocyten die op de een of andere manier erdoor geglipt zijn. Daarom worden de tumorcellen in een tweede stap gemerkt met fluorescerende antilichamen die specifiek zijn voor de te onderzoeken kankersoort, zodat ze onder een microscoop geteld kunnen worden. De telling gebeurt overigens voor het grootste deel digitaal, maar wordt verfijnd en gecontroleerd door de gebruiker.”
Isoleren
“Tellen is één ding en levert al veel informatie op”, vervolgt hij, “maar je wilt afzonderlijke CTC’s in handen krijgen om het DNA van de kankercellen te kunnen bepalen. Je wilt weten welke variaties daarin zoal voorkomen. Daarvoor zal je naar afzonderlijke cellen moeten kunnen kijken.” Nu is dit met bestaande technieken wel mogelijk, maar het isoleren van de CTC’s gebeurt dan handmatig door ervaren specialisten, kost tamelijk veel tijd en heeft ook als nadeel dat een deel van de cellen beschadigd of kwijt raakt. Er bestond dus duidelijk behoefte aan een methode die snelheid en nauwkeurigheid combineert. De Puncher biedt hiervoor een oplossing.
Uitgegaan wordt van de oplossing met 10.000 cellen die met de CST of een andere verrijkingsmethode uit een bloedmonster zijn geïsoleerd. Kern van het apparaat, dat is opgebouwd rondom een microscoop, is een chip met daarin 6.400 kleine putjes met een diameter van 70 µm en een volume van 1 x 10-9 l. Eigenlijk is het een zeef, want de putjes hebben een klein gaatje aan de onderkant. Met een speciaal ontwikkelde pomp wordt de oplossing van witte bloedcellen en enkele CTC’s door de chip gevoerd. De kankercellen blijven daarbij achter in de putjes, terwijl de vloeistof en de witte bloedcellen door de zeefgaatjes weglopen. Tevens is de chip zo ontwikkeld dat als een gaatje eenmaal is gevuld met een cel, er geen tweede meer in het betreffende putje terecht kan komen. De onderzoeker kan vervolgens met een dunne naald, waarmee het apparaat is uitgerust, de bodem uit elk gewenst putje drukken, waardoor de individuele CTC in een bakje valt. “Dat is precies waar het ons om te doen is”, zegt Swennenhuis. “We wilden uiteindelijk een bakje met één enkele CTC in handen krijgen.”
Toekomst
Het apparaat als zodanig werkt en het ontwerp is dus klaar. VyCAP heeft de Puncher al op de markt gebracht en momenteel werken vijf ziekenhuizen en researchinstellingen ermee. Swennenhuis werkt intussen verder aan een aantal applicaties die de mogelijkheden van het apparaat verder uitbreiden. “Een voorbeeld is een variant waarmee we levende cellen kunnen isoleren. Die kunnen dan worden ingezet als uitgangspunt voor weefselkweken om de effectiviteit van experimentele middelen te onderzoeken. Voor onderzoek van het tumor-DNA zijn die niet nodig, maar kan volstaan worden met niet-levende cellen. Het is intussen gelukt om het systeem zo aan te passen dat er ook levende cellen uit komen. Daarnaast, en dat is wellicht nog belangrijker, werken we aan de automatisering van het proces, zodat het systeem ook bruikbaar wordt in een klinische setting. In de bestaande systemen kost het veel tijd om de tumorcellen te pakken te krijgen. De apparatuur is bovendien vaak zo ingewikkeld dat het lastig is om die voor elk monster steeds opnieuw in te stellen. Daar heb ik meer dan genoeg ervaring mee”, verzucht hij.
Referentie
1. Voor gedetailleerdere informatie over de hier beschreven systemen en referenties naar onderliggende wetenschappelijke literatuur zie VyCAP. Te raadplegen via www.vycap.com
Drs. Huup Dassen, wetenschapsjournalist
Oncologie Up-to-date 2017 vol 8 nummer 2
DEEL DIT ARTIKEL:
