Meekijken naar het immuunsysteem: T-cellen in actie

Live meekijken terwijl cytotoxische T-cellen een tumor aanvallen. Voor dermatoloog prof. dr. Peter Friedl en zijn collega’s op het Laboratorium voor Celdynamiek van het Radboud UMC is dat inmiddels gesneden koek. Maar nog altijd een geweldige ervaring. Zo bijzonder dat hij zelfs een meditatieve rol ziet weggelegd voor de beelden die hij met behulp van intravitale multifotonmicroscopie maakt. Vooralsnog is deze techniek echter vooral belangrijk als kraamkamer voor de verdere ontwikkeling van immuuntherapie tegen tumoren.

Intravitale multifotonmicroscopie dus. Een vorm van microscopie waarmee biologische processen in vivo kunnen worden bekeken. Toepassing van intravitale microscopie gaat ver terug; de eerste data zijn al van meer dan 100 jaar geleden. Wetenschappers bestudeerden toen levende kikkerembryo’s om te zien hoe bijvoorbeeld de ledematen en het hart groeiden. Pas met de komst van de multifotontechniek werd het mogelijk om op celniveau processen te bestuderen. De techniek kan fluorescent gelabelde cellen en eiwitten detecteren. “De microscoop gebruikt meerdere lasers waarmee het tot zeven onafhankelijke kanalen in 3D en door te tijd kan meten. Dit levert diepgaande informatie op over zowel de tumor als de immuuncellen. Deze techniek zorgt voor een halve millimeter beelddiepte in een gebied van maximaal twee bij twee millimeter oppervlakte,” vertelt Friedl. “Daardoor kunnen we immuuncellen aan het werk zien in relatie tot de tumor.”

Aquarium

De muizen waarmee de hoogleraar werkt krijgen een tumor geïmplanteerd en vervolgens wordt immuuntherapie toegediend. Om de interacties tussen de fluorescent gelabelde cellen te bekijken, moet eerst een doorkijk worden gecreëerd. Friedl legt uit hoe het werkt: “We snijden een stukje huidweefsel van de muis weg en vervangen dat door een glaasje. De muis loopt dan eerst een aantal weken rond met dit raampje, voordat we hem onder narcose brengen. Tijdens die slaap kunnen we dan een paar uur naar binnen kijken. Het is een soort aquariumsituatie, waarin we met behulp van de microscoop door het glaasje naar het levende weefsel kunnen kijken. We zien iedere individuele cel, elk klein capillair en elke collageenvezel.”

Friedl is enthousiast als het gaat over de beelden die kunnen worden gemaakt met behulp van de techniek. “Je ziet het immuunsysteen in actie, zijn werk doen, in levend weefsel,” vertelt hij. “Het is extreem inzichtelijk en fascinerend om te zien hoe nauwkeurig, en soms hoe ónnauwkeurig, immuuncellen te werk gaan. Te bedenken dat er miljarden van die cellen dagelijks overal en de hele tijd voor ons zorgen. Een geweldige ervaring als onderzoeker, maar zeker ook als mens.”

Melanoom

In het Radboud UMC richt het onderzoek zich tot nu toe vooral op melanoom, het proefkonijn voor onderzoek naar immuuntherapie. In eerste instantie gaat het er dan voornamelijk om een idee te krijgen van de basale processen die een rol spelen bij de interacties tussen het immuunsysteem en de tumor. Friedl: “De vragen die we ons in eerste instantie stelden waren: hoeveel immuuncellen zijn er eigenlijk nodig om een tumorcel te doden? Kan een tumorcel andere tumorcellen verdedigen nadat hij is gedood? Kan een T-cel nog andere tumorcellen doden nadat hij er een heeft gedood, of is hij dan uitgeput? Hele simpele vragen waarop het antwoord toch nog niet duidelijk is geformuleerd.”

Resultaten

Met adoptieve T-celtherapie, het toedienen van extra T-cellen, bleek de tumorgroei in de muis al met een factor drie af te nemen. Daarna bleek dat specifieke antilichamen de binding van T-cellen aan tumorcellen kon versterken, waardoor die langer hun werk konden doen en daarmee efficiënter waren. “Wij werken met een antilichaam dat momenteel in de kliniek ontwikkeld wordt, anti-CD137. Door dit antilichaam toe te voegen aan de adoptieve T-celtherapie zagen we niet alleen verdere remming van de tumorgroei, maar ook een groeistop en zelfs tumorremmissie. We zagen dat de tijd die T-cellen verbonden bleven aan de tumorcellen veel langer was dan zonder toevoeging van het antilichaam.” En hierin schuilt precies het grote voordeel van de techniek die ze onder andere in Nijmegen gebruiken. “Om te weten óf immuuntherapie werkt heb je geen intravitale microscopie nodig. Je kunt gewoon een biopt nemen en kijken of er T-cellen in het weefsel zitten, of een bloedmonster nemen en naar de cytokines kijken. Als je echter antwoorden wilt krijgen op kinetische vraagstukken, moet je kijken hoe het zover is gekomen. Dat is niet mogelijk met andere methodes.”

Momenteel zijn er nog geen middelen op de markt die met behulp van intravitale multifotonmicroscopie zijn ontwikkeld. Dat komt doordat intravitale microscopie ‘pas’ tien jaar geleden zijn intrede deed in het oncologie-onderzoek en de ontwikkeling van medicijnen normaliter zo’n tien tot vijftien jaar in beslag neemt. Friedl verwacht echter dat dit niet lang meer zal duren. “Alles wat nu in de pijplijn zit heeft al baat bij de resultaten van de analyses die we doen met behulp van intravitale microscopie. Maar hoe succesvol die in de kliniek zullen zijn, weten we pas als het zover is. Mijn voorspelling is dat bijvoorbeeld anti-CD137 in combinatie met adoptieve T-celtherapie bij patiënten zal worden gebruikt. Op basis van het profiel van een patiënt kan dan de juiste combinatie van therapieën worden gegeven.”

Meditatie

Friedl ziet ook nog een hele andere, opmerkelijke rol weggelegd voor de beelden die de techniek genereert, een psychologische. “Iedere student en elke bezoeker die één van de filmpjes ziet, wordt echt omvergeblazen. Je ziet bijvoorbeeld echt tumorcellen ontploffen, dat is visueel bijzonder indrukwekkend. Ik kan me daarom zelfs voorstellen dat we op een dag filmpjes genereren van T-cellen die tumorcellen doden voor het psychologische effect ervan. Dat patiënten en andere geïnteresseerden die beelden kunnen gebruiken voor meditatie, om hun eigen innerlijke weerstand te versterken.” Tot het zover is, levert intravitale multifotonmicroscopie al een concrete bijdrage aan de verdere ontwikkeling van immuuntherapie gericht tegen tumoren. En het ligt in de lijn der verwachting dat dit op relatief korte termijn extra behandelingsmogelijkheden zal bieden.

Geschreven door: Frans Corthals