Pluripotente stamcellen als model om het mechanisme van aritmogene cardiomyopathie te ontrafelen

Plotse hartdood, wereldwijd een veelvoorkomende doodsoorzaak, wordt vaak
veroorzaakt door hartritmestoornissen vanuit de hartkamers. Een van de oorzaken
van plotse hartdood is aritmogene cardiomyopathie (ACM). ACM is een autosomaal
overdraagbare ziekte, die in ruim 50% van de gevallen wordt veroorzaakt door
mutaties in componenten van de desmosoom, het organel betrokken bij
cel-cel-interacties. De desmosoom bestaat uit 5 componenten, waarbij een
mutatie in één van deze componenten al de integriteit van de gehele desmosoom
sterk kan beïnvloeden. Patiënten met ACM vertonen vaak een verlies van deze
desmosoom-integriteit, welke resulteert in verstoorde mechanische continuïteit
van het hartspierweefsel. Over het algemeen verloopt de vroege fase van de
ziekte asymptomatisch, ondanks het feit dat ritmestoornissen kunnen optreden na
blootstelling aan mechanische stress (bv. duursport).
De diagnose ACM wordt veelal pas in een latere fase gesteld, wanneer
patiënten zich presenteren met tekenen van hartfalen. Helaas is er in dit
latere stadium irreversibele schade opgetreden door ontstekingen,
verlittekening en vetophoping in het hartspierweefsel wat de behandeling van
deze aandoening bemoeilijkt. Ten gevolge van deze systemische veranderingen,
blijkt het bovendien onmogelijk de precieze ontstaansmechanismen van deze
ziekte te bestuderen. Het bestuderen van deze mechanismes wordt daarnaast extra
bemoeilijkt door het diverse fenotype van patiënten met ACM. Zelfs patiënten
met identieke mutaties kunnen een zeer verschillend ziekteverloop vertonen.
Om de veranderingen die plaatsvinden op desmosoom en celniveau te
kunnen bestuderen, is het van groot belang een betrouwbaar cellulair model te
ontwikkelen. Dit willen wij doen met behulp van huidcellen van patiënten, die
na herprogrammatie tot pluripotente stamcellen (iPSCs), gedifferentieerd kunnen
worden tot cardiomyocyten. Op deze manier menen wij de patiënt-specifieke
ontwikkeling van ACM op cellulair niveau goed te kunnen bestuderen.

Met deze studie willen we onderzoeken of de fenotypische diversiteit tussen
patiënten met identieke mutaties wordt veroorzaakt door omgevingsfactoren, het
genotype of een interactie tussen beide. Met speciale nanomechanische
biosensors kan de mechanische continuïteit van iPSC afkomstige hartweefsel
worden onderzocht. Dit model is in staat weefsels bloot te stellen aan
verschillende omgevingsfactoren, zoals mechanische stretch en metabole
condities. Gezien mechanische stress als een belangrijke oorzaak wordt gezien
van plotse hartdood, zal deze applicatie een centrale rol spelen in deze
studie.

Niet-therapeutische studie in het kader van onderzoek naar ACM patiënten
waarbij een eenmalig bezoek vereist is.

Voor de gehele studie worden fibroblasten van 16 patiënten, 4 patiënten per
ACM-geassocieerde mutatie, afgenomen. Van elke patiënt zal een
huid punch biopt genomen worden volgens een standaard protocol onder steriele
condities en na lokale anesthesie op de afdeling cardiologie (UMCG). De huid
biopten worden opgevangen in koud steriel basic medium en overgebracht naar het
lab van de afd. Experimentele Cardiologie van het UMCG. Na dissociatie, zullen
de fibroblasten daar opgekweekt worden. Van deze fibroblasten zullen
geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPCSs) worden ontwikkelt. Deze stamcellen
kunnen daarna worden gedifferentieerd tot cardiomyocyten. Omdat patiënt-
specifieke eigenschappen centraal staan in deze studie, willen we met behulp
van de CRISPR genetische modificatie-techniek de genetische mutatie herstellen
in patiënt-specifieke stamcellijnen. Tevens willen we in een goed
gekarakteriseerd en veelgebruikt embryonale cel lijn, genaamd H9, de patiënt-
specifieke mutatie introduceren. De hierboven genoemde stamcellijnen, met en
zonder mutatie, worden gedifferentieerd tot cardiomyocyten. De hieruit
afkomstige weefsels zullen met behulp van de nanomechanische biosensors worden
geanalyseerd.

Het enige risico dat het nemen van een kleine huidbiopt bij de proefpersonen
met zich mee kan brengen is het mogelijk ontstaan van infecties (<1% van de
gevallen); dit is echter goed behandelbaar met lokale antibiotische zalven die
vergoed zullen worden door de onderzoeker. Kans op minimaal litteken in de huid
na biopsie. De risico's bij bloedafname zijn beperkt tot het ontstaan van een
bloeduitstorting of een infectie. Het ontstaan hiervan is echter zeldzaam. De
handelingen zullen worden verricht door een deskundige.