Orgaanfalen door virussen, hoe zit dat nou? Nu zijn er methoden om erachter te komen
Sterven aan een virusinfectie door orgaanuitval en bloedverlies: we weten nog weinig over hoe dat kan. Huaqi Tang ontwikkelde organen-op-chips om het te kunnen achterhalen. ‘Deze technologieën kunnen ongekende mogelijkheden bieden voor de strijd tegen de virussen die onze samenleving bedreigen.’ Tang promoveert op 19 september.
Virale hemorragische koortsen (VHF) zijn ziekten die worden veroorzaakt door verschillende virusfamilies. Virale hemorragische koorts tast vele organen aan en het vatensysteem raakt beschadigd. De symptomen variëren, maar veel patiënten krijgen te maken met (inwendig) bloedverlies door lekkende bloedvaten. Vaak stopt het lichaam met functioneren door dit bloedverlies: de hemorragische schok.
Ook bij corona?
VHF kan optreden bij veel virusinfecties, onder andere dengue, gele koorts en ebola. De symptomen doen ook sterk denken aan wat bij de ernstigste coronagevallen gebeurt. Covid is geen VHF-virus, vertelt promovendus Huaqi Tang. Wel publiceerden Leidse onderzoekers al onderzoek waarin ze de resultaten van Tang toch konden toepassen bij hun corona-onderzoek. ‘Een infectie door SARS-CoV-2 kan net als die door VHF-virussen mild verlopen, maar ook ernstige vaatlekkage in de longen veroorzaken. Dat leidt dan weer tot de acute ademnood die we kennen bij de ernstigste ziektegevallen’, vertelt Tang. ‘Collega’s van het LUMC en van mijn instituut LACDR gebruikten het microvatenvaten-op-een-chip-model dat wij ontwikkelden om het effect van COVID-19-plasmamonsters op vaatverstoring te bestuderen.’
Mensachtige omgeving op een klein glasplaatje
Tang en zijn collega’s ontwikkelden de mogelijkheid om met wat cellen en kunstmatige bloedvaatjes op een klein glasplaatje de situatie in ons lichaam na te bootsen. De chip bootst na wat er in de cellen gebeurt tijdens hemorragische shock. Het bestaat uit een menselijk microbloedvat op een glazen chip die vervolgens weer op een weefselmodel ligt. ‘Het werkt als een goedkoop, gebruiksvriendelijk en natuurgetrouw systeem waarop je kunt bestuderen hoe VHS-virussen op microniveau de vaten lek maken. Het is een mensachtige omgeving, die op termijn ook nuttig kan zijn voor diagnostiek en medicijnontwikkeling.’
De onderzoekers ontwikkelden ook manieren om te analyseren wat er gebeurt op die plastic plaatjes. Zo kunnen ze precies zien welke stoffen de verschillende onderdelen produceren. Dit heet metabolomics: je brengt de stofwisseling in kaart door te analyseren welke metabole of stofwisselingsproducten er allemaal ontstaan. Als je al die producten kent, heb je het “metaboloom” van het systeem op het plaatje. Tang: ‘Daarmee kunnen we uitvinden op welke stoffen we moeten letten om de fundamentele mechanismen te onthullen waarmee deze virussen schade veroorzaken.’ De promovendus werkte op twee manieren aan metabolomics. ‘De eerste, wat bredere analyse laat het effect van het virus op gastheercellen zien. Daarnaast werkte ik aan single-cell-metabolomics dat gekoppeld is aan een algoritme.’
Regenboog
Het mooiste moment in zijn promotieonderzoek kwam een beetje door weersomstandigheden. Tang: ‘Ik zag een regenboog aan een strakblauwe hemel nadat ik een hele dag in het laboratorium had gewerkt. Ik had met succes het effect gemeten van een experimentele stof op het gaan lekken van de bloedvaten door ebola. Ik kreeg toen een heel vredig gevoel, en het leven voelde veelbelovend. Toen moest ik denken aan het citaat van de Indiase schrijver en psycholoog Amit Abraham: "Ik kijk uit naar de dag waarop ik een virus kan worden en mijn leven vredig kan leiden."'
Natuurlijk waren er ook frustraties te overwinnen. Vooral in het eerste jaar, aldus Tang, die zijn onderzoek deed met financiering van de China Scholarship Council. ‘Ik moest een cultuurshock en taalbarrières overwinnen en ik had geen ervaring met de geavanceerde orgaanchiptechnologie. Ik twijfelde aan mezelf en dacht erover om het op te geven, maar mijn begeleider Alireza Mashaghi en collega's in de groep moedigden me aan om door te gaan. Zij hielpen me deze problemen te overwinnen. Dankzij hen heb ik een geweldige tijd gehad en ik hoop door te gaan in dit onderzoeksveld.’
Volgens Tang heeft zijn promotieonderzoek bijgedragen aan het begrip van het effect van VHF-virussen op gastheercellen. ‘Nog belangrijker is dat de technologieën die we hebben ontwikkeld naar verwachting ongekende mogelijkheden bieden voor virologen die in de frontlinie staan in de strijd tegen de virussen die onze samenleving bedreigen.’
State-of-the-art bioprinters
Tangs supervisor Alireza Mashaghi, hoofdonderzoeker bij de LACDR-afdeling Systems Pharmacology and Pharmacy, is het daarmee eens. ‘Ons lab pionierde in het gebruik van orgaan-op-een-chiptechnologie bij het bestuderen van virusziekten. Dat opende nieuwe wegen voor virologen. We zetten nu een volgende baanbrekende stap door bioprinting te gebruiken om modellen van virusziekten te ontwikkelen. Tijdens zijn promotieonderzoek zette Huaqi de eerste stap in deze richting met state-of-the-art bioprinters die recent in ons lab zijn geïnstalleerd. De resultaten zijn veelbelovend en momenteel stappen in ons lab nieuwe studenten en postdocs in de voetsporen van Huaqi om hiermee verder te komen.’
Tekst: Rianne Lindhout