3V-Stimuleringsfonds: computermodellen voorspellen risico

7 maanden geleden

Aurore Lyon is een postdoctoraal onderzoeker die computersimulaties van het hart gebruikt om het risico op plotselinge dood bij patiënten te verbeteren. Toon van Veen is hoogleraar en vicevoorzitter van de afdeling Medische Fysiologie van het UMC Utrecht. Hij begeleidt het onderzoek van Aurore. Zij kregen voor hun onderzoek subsidie van het 3V-Stimuleringsfonds.

Waar gaat jullie onderzoek over?

Aurore: Ons onderzoek is gericht op mensen met een genetische mutatie die kan leiden tot hartaandoeningen, een cardiomyopathie. Deze ziekte tast hun hartspier aan en kan leiden tot hartfalen. Sommige patiënten met deze mutatie overlijden plotseling, soms op vrij jonge leeftijd. Op dit moment kunnen we nog niet goed voorspellen welke patiënten het meeste risico lopen om te overlijden. Om deze voorspelling te verbeteren moeten we begrijpen wat tot deze plotselinge dood kan leiden.

Toon: Idealiter wil je de behandeling van een patiënt aanpassen aan het stadium van de ziekte. Bijvoorbeeld door het implanteren van een ICD (Implantable Cardioverter-Defibrillator, red.), een klein apparaatje om problemen met de elektrische signalen in het hart te monitoren en te reguleren. Op dit moment is het lastig te voorspellen welke patiënten een ICD nodig hebben, en het implanteren van een ICD is een kostbare procedure.

Aurore: Er worden diermodellen gebruikt om ziektes beter te begrijpen, maar het grote probleem is dat resultaten hiervan moeilijk om te zetten zijn naar de mens. Wij kwamen met een andere aanpak die gebruik maakt van computermodellen. Met computermodellen kunnen we de hartfunctie van virtuele patiënten nabootsen op de computer. Door de verschillende parameters van het model te variëren kunnen we erachter komen hoe deze de simulatie beïnvloeden en dus het risico op hartfalen van een patiënt.

Toon: In het project gefinancierd door het stimuleringsfonds hebben we een model gebaseerd op cellen in een muizenhart gecombineerd met data uit een experimenteel muismodel. Op die manier kwamen we tot een computermodel om te achterhalen wat de oorzaak kan zijn van hartaandoeningen bij een muis. Op dit moment gebruiken we dezelfde experimentele data in een computermodel gebaseerd op het menselijk lichaam om te kijken hoe we dit kunnen vertalen naar de mens. We hebben ook klinische data die zijn verzameld door het routinematig volgen van patiënten. We ontwikkelen een computermodel dat het hart kan nabootsen, van een cel tot het hele orgaan. Als onze simulaties kloppen met de klinische data die we hebben werkt het model. Dan kan het helpen bij het monitoren van de patiënten. We kunnen dan voorspellen hoe hun ziekte zal verlopen. Verder kan dankzij het model het behandelplan van een patiënt nauwkeuriger worden aangepast aan het individuele ziekteverloop.

Waarom gebruiken jullie computermodellen?

Aurore: We denken dat het gebruik van een computermodel veel voordelen heeft. Er zijn andere modellen beschikbaar om ziekte en risico te onderzoeken, zoals IPS-cellen (Induced Pluripotent Stemcels, red.). Net als de computermodellen hebben IPS-cellen geen dieren nodig, maar er zitten wel wat beperkingen aan.

Toon: IPS-cellen worden verkregen uit huid- of bloedcellen van een patiënt. Er worden moleculaire technieken gebruikt om deze cellen tot hartcellen te ontwikkelen. Het nadeel is dat deze cellen niet volwassen genoeg zijn. Een ander belangrijk voordeel van computermodellen ten opzichte van IPS-cellen is dat ze verschillende niveaus van complexiteit kunnen weergeven. In de toekomst gaan we opschalen van celniveau naar het hele hart. Dat kan niet met in vitro modellen.

Wat zijn de uitdagingen waar jullie voor staan?

Aurore: Opschalen naar het hele hart is een van de dingen die het project uitdagend maken. Gelukkig zijn we al een heel eind. De uitdaging is vooral het combineren van verschillende modellen die ieder hun eigen niveau van complexiteit hebben. We hebben data van verschillende celtypes, diermodellen, IPS-cellen en klinische data. Een computermodel is vooral handig omdat het ons helpt om deze data te combineren en te begrijpen hoe ze zich tot elkaar verhouden. Verder zijn er nog wat technische uitdagingen.

Hoe past jullie onderzoek binnen de 3 V's?

Aurore: Er zijn twee V's die goed aansluiten op ons project: vermindering en verfijning. We kunnen het aantal dierproeven helpen verminderen, doordat we een alternatief platform bieden om een hypothese te testen. Verder kunnen we met een computermodel de resultaten van de dierproeven helpen te vertalen naar de menselijke fysiologie; dat past goed bij verfijning. Ons uiteindelijke doel is om de behandeling van patiënten te verbeteren door het risico op overlijden te voorspellen en daarmee het gepersonaliseerde behandelplan van een patiënt te verbeteren.

Wat heeft het 3V-Stimuleringsfonds voor jullie betekend?

Aurore: Dankzij het stimuleringsfonds kon ik dit onderzoek doen. De onderzoekers in de onderzoeksgroep van Toon hebben veel kennis van het uitvoeren van experimenten. Het was interessant om te zien waar de data die ik in mijn computermodel gebruik vandaan komen. Het fonds heeft mij ook geholpen om contact te leggen met zowel experimentele als klinische groepen. Mijn onderzoek in Utrecht was cruciaal om deze samenwerkingen tot stand te brengen. We hebben de resultaten van dit werk op verschillende conferenties gepresenteerd en we hebben ook een paper gepubliceerd. Dit is allemaal mogelijk gemaakt door de subsidie van het 3V-Stimuleringsfonds.

Toon: Voor jou, Aurore, denk ik dat het ook heeft geholpen om je eigen identiteit te ontwikkelen in het onderzoek en het veld van computermodellen. Er zijn meerdere groepen die werken aan computermodellen van verschillende vormen van hartziekten. De onderzoeksgroepen die zich richten op de specifieke hartziekte die wij onderzoeken zijn tot nu toe niet zo sterk betrokken bij modellering in de computer. Voor Aurore als onderzoeker en voor de toekomst van ons vakgebied was dit onderzoek erg belangrijk.

Aurore: We gaan later nogmaals financiering aanvragen. Wij willen ons gaan richten op het uitbreiden van dit onderzoek van de cel naar het hele hart.

Wat is jullie hoop voor de toekomst?

Aurore: Computermodellen worden steeds belangrijker in cardiovasculair onderzoek. Wat we hebben ontwikkeld is nieuw voor deze specifieke ziekte en kan ook worden toegepast op andere hartziekten. Het onderzoek helpt ons om de ziekte bij patiënten te begrijpen en hun risico te voorspellen. Voor de lange termijn hoop ik dat we patiënten met een verhoogd risico op een plotselinge dood beter kunnen herkennen en hen individuele behandelingen kunnen geven.

Toon: Uiteindelijk hopen we dat een risicoanalyse en behandeling gericht op patiënten als individu de kwaliteit van hun leven zal verbeteren. Dat is wat we uiteindelijk willen bereiken.