Bijna 1 op de 6 sterfgevallen wereldwijd wordt veroorzaakt door kanker. Het meest dodelijk is echter niet de primaire tumor, maar het uitzaaien ervan. Het bestuderen van deze ‘metastase’ in mensen is lastig, daarom ontwikkelde Jelle Sleeboom tijdens zijn promotie-onderzoek kleine chips met kankercellen die het menselijk lichaam nabootsen. Zijn technieken helpen om kankeruitzaaiing beter te begrijpen. Hij promoveert 29 september.
Het onderzoek naar nieuwe kankerbehandelingen is meestal gericht op het aanvallen van de snel delende kankercellen. Het gaat echter pas echt mis als de kankercellen zich naar andere organen verplaatsen, iets dat we metastase noemen. Metastase is nog grotendeels onbegrepen, waardoor het ook nog niet goed voorkomen of behandeld kan worden.
Lastig te volgen
Onderzoeken hoe metastase werkt in mensen is heel lastig, omdat het op heel kleine schaal plaatsvindt. Slechts één of enkele kankercellen hoeven zich los te maken van de tumor, de bloedcirculatie in te gaan, en zich ergens anders te nestelen. Dit is lastig om te volgen.
“Wat het begrip van metastase nog lastiger maakt is dat kankercellen niet zelfstandig uitzaaien, maar op allerlei manieren worden beïnvloed door hun omgeving”, zegt Sleeboom. Deze omgeving van de primaire tumor wordt ook wel de tumor micro-omgeving genoemd. In de tumor micro-omgeving is er vaak een lage hoeveelheid zuurstof, waardoor er in en rondom de tumor een verloop van lage naar hoge zuurstofconcentratie ontstaat, die de kankercellen kan sturen.
Ook worden kankercellen beïnvloed door de extracellulaire matrix, een vezelachtig netwerk van eiwitten om cellen heen, dat weefsels structuur en stevigheid geeft. In tumoren verandert de stevigheid en vezelstructuur van deze matrix, wat de uitzaaiing van kanker kan beïnvloeden.
Kleine apparaatjes
In dit onderzoek ontwikkelde Sleeboom methoden om de invloed van zuurstof en de extracellulaire matrix te onderzoeken buiten het menselijk lichaam. Op basis van de microfluïdica, de wetenschap van het manipuleren van vloeistoffen op kleine schaal, ontwikkelde hij kleine apparaatjes die hij kon laten lijken op de tumor micro-omgeving.
In deze apparaatjes, die chips worden genoemd, kweekte hij kankercellen in kleine vloeistofkanaaltjes en kamertjes. “Dit doet de kankercellen geloven dat ze in een mens zitten”, zegt Sleeboom. “Het grote verschil is dat deze chips controle geven over de tumor micro-omgeving, waardoor het effect van de verschillende factoren op kankercellen systematisch onderzocht kan worden.” Deze technologie staat wereldwijd bekend als ‘Cancer-on-a-chip’.
Om het effect van zuurstofverloop te onderzoeken, ontwikkelde Sleeboom eerst een chip waarin hij het zuurstofverloop kon beheersen. In deze chip kon hij kankercellen volgen, en liet hij zien dat een bepaald type borstkankercel aangetrokken wordt door lagere zuurstofconcentraties. Sleeboom: “Dat is verassend, omdat men verwacht dat kankercellen juist méér zuurstof zouden opzoeken.”
“Dit kan ons mogelijk meer leren over het gedrag in mensen. Vervolgens hebben we deze techniek verder ontwikkeld, zodat we kunnen nagaan of we ditzelfde gedrag ook zien als de cellen in een extracellulaire matrix zitten.”
Invasie
Specifiek werkte Sleeboom aan een realistischere extracellulaire matrix dan tot nu toe wordt toegepast in het onderzoek, beter lijkend op de matrix zoals die er uit ziet vóórdat kankercellen zich losmaken van de primaire tumor. Als kankercellen zich losmaken, moeten ze in het echt door een dun membraan heen breken, wat invasie genoemd wordt.
Sleeboom ontwikkelde een methode om kankercellen met zo’n membraan te omringen, voordat hij de cellen in de extracellulaire matrix stopt. Zo kon hij de eerste stap van metastase volgen: invasie. De methode geeft onderzoekers de mogelijkheid om dit proces verder te onderzoeken, door bijvoorbeeld de samenstelling van de matrix te variëren.
“De technieken die we hebben ontwikkeld dragen bij aan de verdere ontwikkeling van ‘Cancer-on-a-chip’ en leiden er hopelijk in de toekomst toe dat we kankeruitzaaiing beter begrijpen, of zelfs kunnen voorkomen”, aldus Sleeboom.
Title of PhD-thesis: Microfluidic models of metastasis: In vitro approaches to study the tumor microenvironment. Supervisors: prof.dr.ir. Jaap den Toonder, TU/e and prof.dr. Cecilia Sahlgren, University of Turku, Finland. Bron TU/E
