Kanker bestrijden met genetisch gemodificeerde bacteriën
Promovendus Jella van de Laak legt uit hoe genetisch gemodificeerde bacteriën doordringen tot in de zuurstofloze kern van een solide tumor om die te vernietigen.
Wat is kanker precies? “Kanker ontstaat vanuit een normale cel die verkeerd is geprogrammeerd en zich blijft delen”, vertelt Jella van de Laak, promovendus bij onderzoeksinstituut GROW (Research Institute for Oncology and Reproduction) van de FHML. “Normaal gesproken herkent het afweersysteem van het lichaam zo'n verkeerd geprogrammeerde cel en wordt de cel gedood, maar bij kanker gebeurt dat om verschillende redenen niet.”
Hoe kunnen we solide tumoren behandelen?
Een van de mogelijke behandelingen is immuuntherapie, waarbij het natuurlijke afweersysteem van het lichaam wordt geactiveerd. “Het afweersysteem is een enorm complex maar prachtig systeem. Het is een soort leger dat alles wat schadelijk is aanvalt, van ziekteverwekkers zoals bacteriën en virussen tot afwijkende cellen in het lichaam.” Bij immuuntherapie wordt dit systeem op verschillende manieren ingezet om kanker te bestrijden. “Het probleem met deze behandeling is dat die niet lokaal werkt. De ontstekingsreactie die de tumor moet doden, ontstaat in het hele lichaam. En dat zorgt voor bijwerkingen.”
Samen met Jan Theys en Ludwig Dubois, haar collega’s bij het Department of Precision Medicine heeft Van de Laak een manier gevonden om genetisch gemodificeerde bacteriën te gebruiken voor een vorm van immuuntherapie die alleen actief is in de tumor zelf. Omdat kankercellen zich snel delen, neemt de dichtheid van de tumor steeds verder toe, totdat er uiteindelijk geen bloed meer naartoe kan stromen omdat de bloedvaten worden afgekneld. Er ontstaat dan zuurstoftekort in de tumor, hypoxie genoemd. “Daardoor is de tumor heel moeilijk te behandelen, omdat chemotherapie via de bloedbaan wordt toegediend en er voor bestraling zuurstof nodig is. Hypoxische tumoren bevatten ook nauwelijks afweercellen, omdat de omgeving door het zuurstoftekort licht zuur wordt.”
Genetisch gemodificeerde bacteriën ten strijde
Van de Laaks minuscule redder in nood is Clostridium sporogenes, een bacterie die geen zuurstof nodig heeft om te groeien. “Het necrotische deel van tumoren lijkt de ideale omgeving te zijn voor deze bacterie.” Van de Laak injecteert de endosporen – een sterk vereenvoudigde, slapende vorm waar een bacterie zichzelf toe kan reduceren – in een bloedvat. Pas wanneer de endosporen de necrotische delen van de tumor bereiken, is de omgeving gunstig genoeg voor de bacterie om te kiemen en zich te delen.
Dit veroorzaakt echter slechts een lichte afweerreactie, mogelijk omdat Clostridium bekend is voor ons afweersysteem omdat de bacterie aanwezig is in onze darmen. “Daarom hebben we de bacterie genetisch gemodificeerd om het afweersysteem van het lichaam vanuit de tumor optimaal te activeren.” Het concept dat hieraan ten grondslag ligt, wordt al veel langer gebruikt. “Voor zover ik weet zijn wij de enigen in Nederland die hier specifiek onderzoek naar doen. Het onderzoeksgebied is nog erg klein. Maar het gebruik van bacteriën om kanker te bestrijden, stamt al uit de jaren 1800. In die tijd was er echter nog niet genoeg bekend over het afweersysteem.” Bacteriën zijn eenvoudig genetisch te modificeren. Volgens Van de Laak is het potentieel van bacteriën in de strijd tegen kanker dan ook enorm.
Ieniemienie sferoïdische tumor
Nadat het gewenste gen stabiel in de chromosomen van de bacterie was geïntegreerd, moest het concept in het laboratorium worden gevalideerd. Normaal zouden hiervoor kankercellen moeten worden gekweekt in een potje. Maar zolang er zuurstof aanwezig is, ontwikkelen er zich geen hypoxische en necrotische delen in een tumor. Daarom ontwikkelde Van de Laak een sferoïdisch 3D-celmodel, dat ze heel schattig – en vermoedelijk ook heel onwetenschappelijk – een ‘ieniemienietumor’ noemt.
De sferoïden bootsen de omstandigheden van hypoxie en necrose zoals gehoopt perfect na. Van de Laak noemt de resultaten zeer veelbelovend. “In het laboratorium verspreiden de sporen van de genetisch gemodificeerde bacteriën zich naar de minitumor. Daar koloniseren ze de necrotische sferoïden en produceren ze immunotherapeutische stoffen die een gunstig effect hebben op de afweercellen.''
Een veelbelovende manier om kanker te overwinnen
Het proefschrift wordt binnenkort ingeleverd. Van de Laak en haar collega’s zijn inmiddels al bezig met onderzoek op levende organismen, de logische vervolgstap om de genetisch gemodificeerde bacteriën uiteindelijk in de klinische praktijk te kunnen inzetten. De effecten van Clostridium die de tumor koloniseert, zijn meteen zichtbaar. “Na 48 uur is er nog maar weinig over van de tumor. Als je de tumor opensnijdt, is het net burrata”, zegt ze grappend vlak na de lunch. Ze vindt onderzoek op dieren emotioneel moeilijk. “Ik voel me verantwoordelijk voor hun welzijn, maar ik weet ook dat het op dit moment niet anders kan, omdat we onmogelijk het volledige afweersysteem kunnen nabootsen. Daarvoor is het veel te complex.”
Op wetenschappelijk vlak ziet het er dus goed uit, al kan de politiek misschien nog wel dwarsliggen. “Mensen zijn nog steeds erg terughoudend als het gaat over bacteriën en ggo’s”, aldus Van de Laak. “Ik begrijp dat wel, maar het zou zonde als we mogelijke behandelingen daardoor niet verder kunnen ontwikkelen. Vooral omdat we bij Clostridium elk gen kunnen introduceren dat we maar willen. Dat maakt dat de bacterie niet alleen geschikt is voor tumorspecifieke afgifte, maar ook voor gepersonaliseerde behandelingen. We moeten out of the box denken. Met alleen bestraling en chemotherapie komen we er niet.”
Een voorliefde voor het afweersysteem
Van de Laak droomt al sinds de middelbare school van een carrière in de oncologie. “Ik wilde graag arts worden, maar daar was ik niet slim genoeg”, zegt ze lachend, verwijzend naar haar havodiploma. Na eerst kort theater te hebben gestudeerd, volgde ze een bacheloropleiding aan de Hogeschool Zuyd en daarna een master biomedische wetenschappen aan de UM. “Daar ontwikkelde ik een voorliefde voor het afweersysteem. Ik vind de complexiteit ervan en de samenwerking en communicatie tussen verschillende soorten cellen en trajecten fascinerend. Het is een boeiend en nog heel nieuw kennisgebied waarin nog heel veel te onderzoeken is. De relevantie ervan spreekt voor zich, aangezien het afweersysteem ziekten kan genezen, maar ook kan veroorzaken.”
Na haar masteropleiding en werk als laborant bij MUMC+ liet Van de Laak haar oog vallen op GROW, dat actief is op het snijvlak van oncologie en immunologie. “In een e-mail naar mijn contactpersoon daar benoemde ik dat ik heel graag in dat vakgebied aan de slag wilde, ongeacht de functie. Zo kwam ik erachter dat er een promotieplaats beschikbaar was om onderzoek te doen naar Clostridium. Het was hard werken, maar de enorme vrijheid en de begeleiding door ervaren onderzoekers zijn geweldig.” Ze voelt zich erg op haar gemak bij GROW en hoopt dat ze er kan blijven. “Maar in principe sta ik er nog steeds hetzelfde in: ik wil iets betekenen in dit vakgebied, op welke manier dan ook.”
Text: Florian Raith
Top: H&E- and Gram-stained spheroid; 4x magnification
Bottom: Clostridium colonising necrotic tumour area; 60x magnification

Lees ook
-
Frisse lucht
Kersverse hoogleraar Judith Sluimer (CARIM) vertelt over zuurstof en het hart en de frisse lucht die de academische wereld nodig heeft.
-
Obesitas: kijk verder dan de kilo's
In zijn inaugurele rede op 11 oktober benadrukte Professor Gijs Goossens, hoogleraar Cardiometabole fysiologie van obesitas, de cruciale rol die vetweefsel speelt in onze stofwisseling en gezondheid. Hoe meer we begrijpen over deze complexe chronische aandoening, hoe beter we de bijbehorende...
-
Prestigieuze Europese beurs voor drie UM-onderzoekers
Drie onderzoekers van Universiteit Maastricht (UM) ontvangen een prestigieuze ERC Starting Grant van de European Research Council. Ze krijgen elk 1,5 miljoen euro. Hun financiering is onderdeel van het EU Horizon Europe-programma.