Rijksoverheidslogo
Nationaal Kenniscentrum Alternatieven voor dierproeven

Testen met embryonale stamcellen om genotoxische stoffen op te sporen

Giel Hendriks

Giel Hendriks, LUMC

DNA schade die ontstaat door blootstelling aan toxische stoffen kan leiden tot kanker, versnelde veroudering of afwijkingen bij nakomelingen. Om dat te voorkomen is het dus van belang om toxische stoffen te screenen op genetische interacties. De onderzoeksgroep Toxicogenetica van het Leids Universitair Centrum (LUMC) heeft, samen met de afdeling Toxicologie van de Universiteit Leiden, op grote schaal in kaart gebracht wat de biologische effecten zijn van verschillende carcinogene stoffen door te kijken naar veranderingen in genexpressie. Op deze manier hebben zij genen geïdentificeerd die als biomaker kunnen dienen voor een bepaalde cellulaire response en dus inzicht geven in de biologische schade die stoffen induceren. De biomarker genen zijn gekoppeld aan een fluorescerend eiwit waardoor het zeer gemakkelijk is om de cellulaire reactie te bepalen na blootstelling aan mogelijk kankerverwekkende stoffen.

“Door te kijken wat een stof doet in een cel kan het risico van een bepaalde stof bepaald worden”, vertelt Giel Hendriks, senior scientist verbonden aan het LUMC met als vakgebieden toxicogenomics en risk assessment. Hij is betrokken bij de ontwikkeling van de ToxTracker assay, een in vitro test die gebruik maakt van verschillende fluorescerende biomarkers in muizen embryonale stamcellen om snel inzicht te krijgen in de genotoxische en mogelijk kankerverwekkende eigenschappen van stoffen. “Het unieke is dat met verschillende cellijnen in één assay wordt gewerkt. Een stof heeft vaak meerdere effecten en dat komt door de verschillende cellijnen goed uit dit assay.”

Terugbrengen dierproeven

Embryonale muisstamcellen vormen een proefdiervrij in vitro model dat klassen van stoffen kan testen op het induceren van DNA-schade. “Dit soort in vitro testen maken dierproeven niet overbodig, maar ze kunnen het aantal dierproeven wel terugbrengen. Nieuwe compounds in de ontwikkelingsfase van een product in bijvoorbeeld farma- of voedingsindustrie kunnen met het door ons ontwikkelde assay snel getest worden. Die schadelijke stoffen vallen dan af en die hoeven in een later stadium niet meer in dieren getest te worden.” Maar onderzoek helemaal zonder dieren ziet Hendriks nog niet op korte termijn gebeuren. “Cellijnen verouderen niet, hebben geen immuunsysteem en krijgen geen kanker. Dus bij het onderzoek naar het ontstaan en de genezing van ziekten zijn dieren voorlopig nog wel nodig.”

Geen druk nodig

Hendriks vindt het belangrijk dat bij elk onderzoek kritisch gekeken wordt of het zonder dieren kan of dat vermindering of verfijning mogelijk is. Hij ziet om zich heen dat vrijwel alle betrokkenen bij wetenschappelijk onderzoek dit als uitgangspunt hanteren. “Dierproeven zijn in het algemeen niet erg populair bij onderzoekers. Niet alleen vanwege ethische bezwaren, maar ook vanwege geld en tijd. De regelgeving rond dierexperimenteel onderzoek maakt dit soort onderzoek ook niet erg aantrekkelijk. Dus als er 3V-alternatieven zijn, worden die graag toegepast. Daar is geen druk van buitenaf op nodig.”

Beste risico inschatting

Illustratie interview Giel Hendriks

Het is volgens Hendriks vooral belangrijk dat gebruik gemaakt wordt van goede in vitro alternatieven als deze kunnen bijdragen aan een goede en betrouwbaar risico inschatting van stoffen. En dat is volgens hem het geval bij het assay die het LUMC ontwikkeld heeft. “Ik weet natuurlijk niet exact wat er op dit moment in andere onderzoekslaboratoria gebeurt, maar in vergelijking tot andere gepubliceerde genotoxiciteitsassays heeft onze ToxTracker assay een zeer goede voorspellende waarde.” De voorspellende waarde is nagenoeg 100%. Volgens Hendriks een duidelijk betere score dan bij veel van de huidige in vitro testen die nu gevalideerd zijn voor de screening van genotoxicische eigenschappen van stoffen. “Die gevalideerde testen hebben soms een betrouwbaarheid van slechts 50 tot 60%. Er wordt wel eens gekscherend gezegd dat je dan bijna net zo goed een muntje kunt opgooien.” Het frustrerende vindt Hendriks dat men het er in het algemeen over eens is dat de huidige gevalideerde regulatoire genotoxiciteitstesten duidelijke beperkingen hebben, maar om nieuwe en vaak betere alternatieve testen zoals de ToxTracker assay geaccepteerd te krijgen is een zeer lange weg. “Bedrijven die in het kader van de (Europese) regelgeving verplicht zijn om testen uit te voeren zijn terecht terughoudend om een nieuwe testmethode in te voeren zolang ze ook nog de huidige gevalideerde testen moeten uitvoeren.” Het LUMC werkt samen met het bedrijf BioDetection Systems uit Amsterdam en de Hogeschool Utrecht aan het in gang zetten van het validatieproces van de ToxTracker assay.

Research & Development

Op dit moment is Hendriks bezig om bedrijven te interesseren voor de testmethode van het LUMC. “In eerste instantie niet voor de verplichte regulatoire genotoxiciteitstesten, maar voor Research & Development toepassingen om nieuwe compounds al vroeg gedurende de ontwikkelingsfase te testen.” De snelheid van de assay is volgens Hendriks een groot voordeel. “Je kunt tientallen stoffen per run draaien en in twee dagen heb je resultaat. Door de verschillende cellijnen weet je dan ook welke verschillende biologische reactiviteit een stof heeft.” In het assay van het LUMC ligt de focus op carcinogene stoffen, maar de methode is ook geschikt voor andere vormen van risicobeoordeling.

Betrouwbaarheid

Het voordeel van het gebruik van muizen stamcellen is dat het ongetransformeerde cellijnen zijn die, in tegenstelling tot de meeste andere in vitro cellijnen, een normale DNA schade respons en celcyclus regulatie hebben. Op dit moment is er nog geen techniek om menselijks stamcellen op grote schaal te kweken. Humane stamcellen differentiëren snel en dan raak je de cellijn kwijt. Met die stamcellen kan dus niet getest worden in high throughput. Er kan al wel getest worden met humane tumorcellen. Maar dat vindt Hendriks geen goed alternatief. “In die cellen zit al een defect en je wilt het effect van stoffen op gezonde cellen testen. “ Met dit assay zou de winst door gebruik te maken van humane stamcellen trouwens gering zijn, vertelt Hendriks. “Omdat de betrouwbaarheid voor genotoxiciteit nagenoeg 100% is valt er wat dat betreft eigenlijk niet veel meer te winnen.”

.