Verkenningen: Stevig in de steigers

kansen Voor de regeneratieVe geneeskunde

in nederland

steVig in de

steigers

ste

Vig in de s

teig

er

s

–

kansen

Voor de regenera

tie

Ve geneesk

unde in nederland

Verkenning

en kn

Eerder verschenen in de reeks verkenningen

1. De toekomst van het wiskunde-onderzoek in Nederland

2. Bio-exact. Mondiale trends en nationale positie in biochemie en biofysica 3. De toekomst van de theologie in Nederland

4. Tussen Aarde en Leven. Strategische verkenning van de biogeologie in Nederland

5. De appel van Newton. Nieuwe mogelijkheden voor natuurkundig onderzoek van levende materie

6. ‘Gij letterdames en gij letterheren’. Nieuwe mogelijkheden voor taalkundig en letterkundig onderzoek in Nederland

7. Turning the Water Wheel Inside Out. Foresight Study on Hydrological Science in The Netherlands

8. Samenleven en samenwerken. Een toekomst voor de Nederlandse sociologie 9. Multifactoriële aandoeningen in het genomics-tijdperk

10. De toren van Pisa rechtgezet. Over de toekomst van de Nederlandse archeologie 11. Duurzaamheid duurt het langst. Onderzoeksuitdagingen voor een duurzame

energievoorziening

12. Samenspel in samenhang. Onderwijs en onderzoek in communicatie, media en informatie

stevig in de steigers

Kansen voor de

regeneratieve geneesKunde

in nederland

Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen Verkenningscommissie Regeneratieve Geneeskunde

Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen Postbus 19121, 1000 GC Amsterdam Telefoon + 31 20 551 0700 Fax + 31 20 620 4941 knaw@bureau.knaw.nl www.knaw.nl

Basisvormgeving: edenspiekermann, Amsterdam Opmaak en bewerking figuren: Ellen Bouma, Alkmaar Foto cover: steve gschmeissner/science photo library.

Coloured scanning electron micrograph (sem) of fractured pancreas tissue. Magnification: x3500 when printed 10 centimetres wide.

Deze publicatie kan als volgt worden aangehaald:

Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen. Stevig in de steigers. Kansen voor de regeneratieve geneeskunde in Nederland. Amsterdam, KNAW 2009; Verkenningen nr 14.

Preferred citation:

Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences. Well underway. Opportunities for regenerative medicine in the Netherlands. Amsterdam, KNAW 2009; Foresight studies no 14.

ISBN: 978-90-6984-593-7

Het papier van deze uitgave voldoet aan ∞ iso-norm 9706 (1994) voor permanent houdbaar papier.

© 2009 Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) Niets uit deze uitgave mag worden verveelvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, via internet of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de rechthebbende, behoudens de

ten geleide

De Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) voert weten-schapsverkenningen uit, waarmee zij richting probeert te geven aan het denken en doen in een bepaald wetenschapsgebied. Door onderzoekers uit meerdere disciplines de gelegenheid te bieden zonder institutionele last of ruggespraak na te denken over de toekomst van hun vakgebied wil zij een wezenlijke bijdrage leveren aan de ont-wikkeling daarvan. De verkenningen worden uitgevoerd onder auspiciën van een of meerdere adviesraden van de KNAW en verschijnen onder verantwoordelijkheid van het dagelijks bestuur. Een belangrijk doel van een verkenning is het beschrijven van de positie van het vakgebied en het in kaart brengen van de kansen en bedreigingen ervan.

De verkenning regeneratieve geneeskunde is uitgevoerd onder auspiciën van de Raad voor Medische Wetenschappen. Regeneratieve geneeskunde is een multidiscipli-nair en relatief jong wetenschapsgebied dat kiest voor een nieuwe benadering door zich te richten op herstel van beschadigde weefsels of organen. Daarbij wordt zoveel mogelijk gebruik gemaakt van de intrinsieke eigenschappen van cellen en weefsels. De technologische uitdagingen om deze benadering om te zetten in zinvolle toepas-sing zijn groot, maar het veld ontwikkelt zich snel en de KNAW verwacht daarom dat regeneratieve geneeskunde grote invloed zal hebben op de geneeskunde en zal kun-nen leiden tot kanteling in de zorg. Het is daarom een goed moment om in een weten-schapsverkenning een lange termijn visie te schetsen.

De verkenningscommissie heeft na uitvoerige raadpleging van het veld en de literatuur een beschrijving gegeven van de belangrijkste wetenschappelijke uitdagin-gen waar de reuitdagin-generatieve uitdagin-geneeskunde nog voor staat. Nederland kan een leidende positie innemen als onderzoek in de vakgebieden stamcelbiologie en biomaterialen synergetisch wordt versterkt. Hierbij dient de samenwerking tussen medische en technische disciplines in onderzoek en onderwijs structureel te worden verankerd. De commissie beschrijft ook het complexe juridisch landschap waar dit onderzoeks-veld in moet bewegen en de consequenties die dit heeft voor het klinische onderzoek. De commissie pleit er dan ook voor te komen tot onafhankelijke advisering over de opzet van klinisch onderzoek met innovatieve medische producten. De aanbevelingen die de commissie in haar rapport aandraagt worden van harte door het Bestuur van de KNAW ondersteund. Het hoopt dat de verkenning bijdraagt aan een betere positione-ring van dit wetenschapgebied, aan een leidende positie voor Nederland en uiteinde-lijk tot betere zorg.

Robbert Dijkgraaf President van de KNAW

inhoudsopgave

ten geleide

samenvatting

summary

inleiding

1.3 Definitie regeneratieve geneeskunde 17 1.4 Opbouw van het rapport 18

2.

regeneratieve geneesKunde

2.1 Opkomst en ontwikkeling van de regeneratieve geneeskunde 20 2.2 Maatschappelijk perspectief 21

2.3 Stand van de wetenschap 22

2.3.1 Begrijpen en manipuleren van de cellulaire respons 23

2.3.2 Biomaterialen en de interactie met de weefselmatrix omgeving 28 2.3.3 Ontwikkelen van ondersteunende technologieën 31

3.

Kennispositie van nederland

3.1 Kennispositie van Nederland in internationaal perspectief 37 3.2 Kennispositie van Nederland per discipline 41

3.3 Samenwerking 42 3.4 Onderwijs 45

4.

maatschappelijKe aspecten

4.2 Non-commercialiteit en de verkrijging van cellen en weefsels 48 4.3 Toetsing van wetenschappelijk onderzoek met mensen 49 4.4 Markttoelating 50

4.5 Evaluatie van juridisch landschap 50 4.6 Bereiding onder GMP-condities 51 4.7 Organiseren van ethische discussie 53

5.

conclusies en aanbevelingen

5.2 Aanbevelingen 61

5.

conclusions and recommendations

literatuur

afKortingen

bijlages

2. Samenstelling van de verkenningscommissie 72 3. Vragenlijst 73

4. Bibliometric map of regenerative medicine 78 5. Juridisch landschap 105

6. Bijeenkomst juridisch landschap regeneratieve geneeskunde 146 7. Ethiek en regeneratieve geneeskunde 148

samenvatting

Het wetenschapsgebied regeneratieve geneeskunde onderzoekt hoe het natuurlijke vermogen van het lichaam om beschadigde weefsels en organen te herstellen kan worden gestimuleerd of nagebootst. In dit nieuwe vakgebied komen fundamentele disciplines – zoals celbiologie, materiaalkunde en chemie – samen met meer toepas-singsgerichte disciplines, zoals celtherapie en implantatietechnologie. Dit vraagt om nieuwe samenwerkingsverbanden en opleidings- en financieringsstructuren. Voor een stevig maatschappelijk draagvlak is ook betrokkenheid van sociaalwetenschappelijke disciplines zoals recht en ethiek belangrijk.

In dit rapport beschrijft de verkenningscommissie de resultaten van de weten-schapsverkenning over de stand van zaken van de regeneratieve geneeskunde in Nederland. Daartoe analyseerde zij (aantallen) publicaties en samenwerkingsverban-den, boog zich over ethische en juridische dilemma’s, en raadpleegde onderzoekers en belanghebbende partijen. Op basis daarvan doet de commissie aanbevelingen om dit nieuwe wetenschapsveld tot zijn recht te laten komen.

De commissie concludeert dat de wetenschap nog niet ver genoeg gevorderd is om de volledige complexiteit van weefsels te begrijpen en deze te regenereren. Ook is meer kennis nodig over mogelijke risico’s van de techniek in klinische situaties. Het vakgebied staat de komende jaren dan ook voor grote uitdagingen. Zo is onderzoek nodig naar de isolatie, differentiatie en vermenigvuldiging van stamcellen. Ook is een beter begrip van de cellulaire respons in de weefselomgeving en de interactie tus-sen materialen en deze weefselomgeving van groot belang voor de ontwikkeling van regeneratieve geneeskunde. Daarbij dient kennis over de extracellulaire matrix als een belangrijke inspiratiebron. Om naast fundamentele wetenschap ook effectiviteits- en veiligheidsstudies te kunnen verrichten, zijn ondersteunende technologieën van groot belang: biomarkers, beeldvormingstechnieken, high-throughput technologieën, in vi-tro- en in vivo-modelsystemen, bioreactoren en (minimaal invasief) toedieningsinstru-mentarium. De ontwikkeling van nieuwe en de aanpassing van bestaande technologie-en gaat echter gepaard met hoge kosttechnologie-en. De commissie beveelt dan ook aan prioriteit te geven aan het duurzaam dichten van kennislacunes in het fundamentele onderzoek en de ontwikkeling mogelijk te maken van (kostbare) ondersteunende technologie. Hierbij moet kwaliteit leidend zijn als maatstaf bij de honorering van subsidieaanvra-gen.

Nederland is wereldwijd tiende op de ranglijst van publicaties over regenera-tieve geneeskunde; dat is hoger dan de gemiddelde Nederlandse bijdrage over alle wetenschappelijke disciplines. Daarnaast is de samenwerking tussen Nederlandse kennisinstellingen in de regeneratieve geneeskunde de afgelopen jaren aanzienlijk toegenomen. Dat is zichtbaar in het aantal publicaties voortgekomen uit nationale

summary

The scientific discipline of regenerative medicine investigates how the body’s natural ability to repair damaged tissues and organs can be stimulated or imitated so as to bring about functional recovery. Regenerative medicine has developed from a con-vergence of basic scientific disciplines – for example cell biology, materials science, and chemistry – with more application-oriented disciplines such as cell therapy and implantation technology. This convergence of disciplines into a new scientific field demands new collaborative structures, as well as structures for training and finance that can facilitate that collaboration. The involvement of social studies disciplines such as law and ethics is also essential if there is to be a solid basis of public support.

In this report, the Foresight Committee describes the results of its investigation on regenerative medicine. The Committee has considered the scientific achievements and challenges in this field and used bibliometric analysis to investigate the position of the Netherlands and of its collaborative structures. In addition, background studies were carried out on ethical dilemmas and legal aspects. By consultation of Dutch research-ers and stakeholdresearch-ers, the Committee was able to derive a number of conditions and recommendations to do justice to this new field.

The Foresight Committee concludes that although the Netherlands has a strong po-sition in this field of research, science has not yet advanced far enough to understand and completely regenerate the full complexity of tissues. It is also essential to acquire knowledge that enables more effectively the estimation of the risks associated with clinical usage of this technology. There are therefore major challenges facing us in the coming years. Specifically, this will involve knowledge regarding isolating, differentia-tion and replicadifferentia-tion of stem cells and a better understanding of the cellular and bio-material response in the tissue environment. The extracellular matrix will act hereby as a major source of inspiration. In order to make the transition from basic science to translational research and clinical application, it is vital to have “enabling technolo-gies” at our disposal: biomarkers, imaging techniques, high-throughput technologies, in vitro and in vivo modelling systems, bioreactors, and minimally invasive technolo-gies. However, the development of new technologies and the application of existing ones involves a high level of cost. The Foresight Committee recommends that financ-ing for regenerative medicine should be structured in such a way that high priority is given to filling in gaps in our basic knowledge, with financing for the development of expensive enabling technologies being possible. When selecting studies to finance and granting subsidy applications, the quality criterion should be decisive.

The Netherlands is number ten in the world as regards the total volume of publica-tions in the field of regenerative medicine. The country’s contribution in this field is greater than the average contribution in all research fields. The level of collaboration

samenwerkingsverbanden. Het percentage publicaties in samenwerking met buiten-landse instellingen is verdubbeld. Deze toename is mede te danken aan de Nederland-se overheid, die sinds 2004 zo’n 85 miljoen euro aan aardgasbaten heeft geïnvesteerd in onderzoek naar de regeneratieve geneeskunde. Dit bedrag wordt voor een groot deel gematcht door private en publieke partners. Hierdoor is tot nu toe voornamelijk een impuls gegeven aan onderzoek, waarbij de nadruk lag op economisch rendement. Hoewel ook dit aspect van groot belang is is, naar de mening van de commissie, het kwalitatief hoogwaardig fundamenteel wetenschappelijk onderzoek zonder directe maatschappelijke en economische toegevoegde waarde in de verdrukking gekomen.

Regeneratieve geneeskunde is een bij uitstek multidisciplinair onderzoeksveld. Er is niet één expert of discipline die het vakgebied alleen vooruit kan helpen. Samen-werking en kennisdeling door meerdere partijen zijn van groot belang voor de nodige innovatie. Vooral een betere integratie tussen de twee onderzoeksvelden stamcelbio-logie en biomaterialen kan Nederland een leidende positie geven in de regeneratieve geneeskunde. Hiertoe moeten de multidisciplinair samenwerkingsverbanden bij voor-keur niet gebaseerd zijn op incidentele financiering, maar op academisch bestuurlijk niveau structureel verankerd zijn.

Samenwerking is van grote waarde in het onderwijs. De geneeskunde- en farma-ciestudenten van nu zijn de artsen en apothekers van de toekomst. Tot nu toe zijn het echter vooral de biomedisch georiënteerde en technische opleidingen die onderwijs in de regeneratieve geneeskunde aanbieden in hun opleidingen. Het is van groot belang dat het vakgebied beter zichtbaar wordt in de geneeskunde- en farmacieopleidin-gen. Daartoe moeten meer structurele onderwijsverbanden worden opgezet tussen de (bio)medisch georiënteerde en technische faculteiten in de bachelor- en master-fase, en bestaande samenwerkingsverbanden moeten worden uitgebreid. Ook voor PhD-studenten dienen multidisciplinaire opleidingsprogramma’s in gezamenlijkheid te worden opgesteld, waarbij zoveel mogelijk bestaande modules kunnen worden gebruikt.

Ook bij de bereiding van regeneratieve geneeskundeproducten onder GMP-omstan-digheden (GMP: Good Manufacturing Practice) vindt de commissie nationale samen-werking essentieel – zowel kostentechnisch als uit oogpunt van kwaliteit en veiligheid. Doelen daarbij zijn uitwisseling van juridische kennis en de mogelijkheid van berei-ding in elkaars faciliteiten. Dergelijke uitwisseling is ook noodzakelijk om kleinscha-lige GMP-faciliteiten voor academische toepassing te behouden en de universitaire ontwikkelingsfunctie te versterken.

De juridische aspecten van regeneratieve geneeskunde zijn talrijk en complex. Tij-dig, correcte analyse en juiste naleving van regelgeving vragen uitdrukkelijke aandacht van onderzoekers. Zo zijn er geen afdoende juridische kaders voor zaken als zeggen-schap over lichaamsmateriaal, en bevat de Europese Verordening Geneesmiddelen voor geavanceerde therapie moeilijk interpreteerbare definities. Daarnaast bestaat er span-ning tussen het altruïsme van donors en het commercieel vervaardigen van producten uit hun lichaamsmateriaal. Voor onderzoekers die klinische studies willen beginnen is

between various Dutch knowledge institutions in the field has increased significantly in recent years, as can be seen from the number of publications by a national partner-ship. The percentage of publications produced in collaboration with foreign institu-tions has also doubled. The increase is partly due to the large-scale investment for this purpose of the proceeds from natural gas. Since 2004, the Dutch government has invested more than 85 million euro from that source in research in regenerative medi-cine. That sum has to a large extent been matched by both private and public partners. As a result, an impetus has been given primarily to translational research, with a strong focus on the economic return. Although these aspects are of great importance, the Foresight Committee believes that high-quality basic scientific research without direct social and economic added value has been somewhat edged aside.

Regenerative medicine is pre-eminently a multidisciplinary field of research. None of the experts involved has the sum total of necessary expertise to help the discipline advance, and collaboration and contributions by various different parties are of major importance. In particular, the Netherlands could obtain a leading position in regenera-tive medicine if it integrates the disciplines (stem)cell biology and biomaterials more effectively. Such multidisciplinary collaboration should preferably be based not on incidental financing but should be given a structural basis at administrative level.

One of the areas where collaboration is of enormous value is education. Today’s students of medicine and pharmacy are the doctors and pharmacists of the future. Up to now, however, it has been primarily the biomedically-oriented and technical pro-grammes that have included regenerative medicine in their propro-grammes. It is there-fore vital that regenerative medicine should become a more high-profile component of programmes in medicine and pharmacy. In addition, structural educational links need to be created between the medical/biomedical faculties and technical faculties at ba-chelor’s, master’s and PhD’s degree levels, with existing partnerships being extended.

The Foresight Committee also considers national collaboration essential as regards the preparation of regenerative medicine products under GMP conditions, both from the point of view of cost and of quality and safety. Such collaboration should focus on pooling legal knowledge and on creating possibilities for preparation at one another’s facilities. This collaboration is also needed so as to retain small-scale GMP facilities for academic application as a means of reinforcing the development function of universi-ties.

Regenerative medicine has legal aspects that are numerous and complex, and consequently difficult to understand. Correct and timely analysis of the relevant rules, followed by proper compliance, demands the explicit attention of researchers in this field. The Foresight Committee notes that there is no cohesive legal framework regar-ding control of bodily materials. In addition the exception clause and several definiti-ons in the European regulation on ‘Advanced Therapy Medicinal Products’ are hard to interpret. A tension is noted between the altruism of the donor of bodily material on the one hand and the commercial generation of products on the basis of that material on the other. In many cases, it is not clear to researchers who wish to start a clinical

vaak onduidelijk welke informatie zij moeten leveren, wat de procedures aanzienlijk verzwaart. Dit alles vraagt om meer helderheid van de overheid. Hierbij wordt gecon-stateerd dat de overheid wel een toetsende instantie heeft opgericht, maar de moge-lijkheid tot consultatie en advies ontbreekt. De commissie pleit daarom om te komen tot een nationale adviesmogelijkheid voor onderzoekers over de opzet van klinisch onderzoek met innovatieve medische producten.

Tot slot: brede toepassing van de regeneratieve geneeskunde vraagt om een breed maatschappelijk draagvlak. De ontwikkelingsmogelijkheden van het vakgebied moeten worden afgewogen tegen de belangen van patiënten, artsen, beleidsmakers en verzekeraars. De rol van de ethiek is hierbij essentieel; om de morele grenzen te be-waken, maar ook om het debat te voeren en te stimuleren. De ethische discussie moet gelijktijdig worden gevoerd tussen alle betrokkenen. In onderzoeksprogramma’s moet financiële ruimte bestaan om die discussie te stimuleren.

study what information must be provided, making the necessary procedures signifi-cantly more onerous. All of this legal complexity demands clarification on the part of the authorities. The Foresight Committee notes that although the Dutch authorities have set up an assessment body for clinical trials with innovative products, there is no possibility for consultation or advice. The Committee believes that such an advice pos-sibility will greatly facilitate researchers.

Finally, the broad application of regenerative medicine requires public support, with the development possibilities being balanced against the interests of patients, doctors, policymakers, and insurers. Ethics plays a vital role in this regard, not only where guarding moral boundaries is concerned but definitely also in conducting and encouraging debate. It is essential for this debate to take place with interaction between all stakeholders, for example the authorities, researchers, patient organisati-ons, and doctors’ associations. In order to encourage this, it is important that financial scope is to be created within research programmes.

1. inleiding

Regeneratieve geneeskunde zal naar verwachting aan de basis staan van tal van nieuwe vormen van medische behandeling. Aangezien regeneratieve geneeskunde nog een jong en multidisciplinair veld van onderzoek en klinische toepassing is, zullen nieuwe inzichten in wetenschappelijke vraagstukken, nieuwe samenwerkingsverban-den, en opleidings- en financieringsstructuren die deze samenwerking faciliteren, de fundamenten kunnen leveren om ook daadwerkelijk de vruchten van deze ‘‘‘nieuwe” geneeskunde’ te kunnen plukken. Met deze wetenschapsverkenning 'Regeneratieve Geneeskunde' wil de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) zorgvuldig de ontwikkelingen, kansen en belemmeringen van het veld in kaart bren-gen.

De KNAW concludeerde na het uitvoeren van een voorstudie en het houden van een symposium over het onderwerp [KNAW, 2005a; KNAW, 2007a], dat het draagvlak voor een verkenning over regeneratieve geneeskunde groot was. Het stelde in 2007 de verkenningscommissie regeneratieve geneeskunde in.1 _{Deze commissie ontving de}

volgende opdracht:

‘het uitvoeren van een wetenschapsverkenning naar het wetenschap-pelijk onderzoek op het gebied van de regeneratieve geneeskunde die resulteert in concrete aanbevelingen aan onderzoeksinstellingen,

1 Op voorstel van de Raad voor Medische Wetenschappen (RMW) en de Raad voor Technische Wetenschappen (RTW). De Raad voor de Technische Wetenschappen is in 2008 opgegaan in de Raad voor Technische Wetenschappen, Wiskunde en Informatica, Natuur- en Sterrenkunde en Scheikunde (TWINS Raad van de KNAW).

onderzoeksfinanciers, gezondheidsfondsen, patiëntenverenigingen en departementen van OCW, VWS en EZ’.

Het instellingsbesluit van de verkenningscommissie, met daarin de specifieke verken-ningsvragen, en de samenstelling van de commissie staan vermeld in respectievelijk bijlage 1 en 2.

1.1 Methoden en werkwijzen

De verkenningscommissie heeft gestructureerde open interviews gehouden met di-verse deskundigen. Daarnaast is gesproken met vertegenwoordigers van verschillende partijen. Om het onderzoek op het gebied van de regeneratieve geneeskunde in Neder-land en de bijhorende onderzoeksinfrastructuur in kaart te brengen heeft de verken-ningscommissie een vragenlijst aan de bestuurders van de academische onderzoeks-instellingen verstuurd. Hun werd onder andere gevraagd om namen van personen door te geven die binnen hun instelling naar hun mening op topniveau onderzoek op het gebied van de regeneratieve geneeskunde verrichten. In bijlage 3 staat het verzoek aan de instellingen, het antwoordformulier en de lijst van geadresseerden vermeld. De lijst met de door de instelling aangewezen personen is, zoals van te voren kenbaar is gemaakt, niet in het rapport opgenomen. Om de ontwikkeling van regeneratieve geneeskunde in de tijd, de sterkte van de verschillende onderzoeksdisciplines en de internationale positie van Nederland in dit veld in kaart te brengen, heeft de verken-ningscommissie samenwerking gezocht met de afdeling Science System Assessment van het Rathenau Instituut. De heren Van den Besselaar en Gurney hebben met behulp van bibliometrische methoden het onderzoeksgebied regeneratieve geneeskunde in kaart gebracht. De volledige achtergrondstudie, met uitleg over de gehanteerde methoden, is in bijlage 4 van dit verkenningsrapport opgenomen.

De verkenningscommissie heeft gezondheidsjuriste mevrouw Olsthoorn (bureau Met Recht) opdracht verleend om de nationale en Europese regelgeving op het gebied van de regeneratieve geneeskunde in kaart te brengen. Het doel was om nagaan te gaan of de huidige wetgeving belemmeringen voor het (toekomstig) wetenschap-pelijke onderzoek en de klinische toepassing opwerpt en waar de grijze gebieden en knelpunten zich bevinden. De volledige achtergrondstudie is als bijlage 5 aan dit verkenningsrapport toegevoegd. De resultaten van de gezondheidsrechtelijke analyse zijn bediscussieerd tijdens een expertworkshop op 1 oktober 2008 (bijlage 6). Naar aanleiding van de expertworkshop heeft de heer Van Delden (hoogleraar medische ethiek, UMC Utrecht) met mevrouw Horstman (hoogleraar Gezondheidsethiek en Wijsbegeerte, Universiteit Maastricht) en de heer Swierstra (hoogleraar Wijsbegeerte, Universiteit Twente) de voor de regeneratieve geneeskunde specifieke ethische gevoe-ligheden in kaart gebracht. Deze zijn weergegeven in bijlage 7. De resultaten van de juridische en ethische analyse zijn verwerkt in de hoofdstuk 4.

De KNAW wil graag draagvlak creëren voor haar aanbevelingen. Hiertoe heeft zij haar bevindingen voorgelegd aan het veld tijdens een openbare bijeenkomst op 15 april 2009. Tijdens deze middag is de inhoud van het conceptrapport bediscussieerd met onder andere wetenschappelijk onderzoekers, bestuursleden van wetenschap-pelijke instellingen, vertegenwoordigers van ministeries, (medische) adviesraden en onderzoeksfinanciers. In bijlage 8 staan het programma, de deelnemerslijst en het verslag van deze bijeenkomst vermeld.

1.2 Afbakening verkenning

Het onderzoeksgebied van de regeneratieve geneeskunde kan de hele kennisketen beslaan. In deze verkenning is ervoor gekozen om de aandacht te richten op het traject van fundamental science tot en met proof of concept (fase I en/of II onderzoek). In het verlengde hiervan heeft de verkenningscommissie alle onderzoeksactiviteiten die niet in de academische omgeving plaatsvinden in deze verkenning buiten beschouwing gelaten. Verwijzingen in dit rapport naar onderzoek of onderzoeksinstellingen hebben betrekking op het academische onderzoek en de academische onderzoeksinstellingen. De bedrijvigheid in dit onderzoeksgebied is uitdrukkelijk geen onderdeel geweest van deze verkenning. Al eerder is dit door DutchForm in kaart gebracht [DutchForm, 2008].

1.3 Definitie regeneratieve geneeskunde

Er bestaan verschillende definities van regeneratieve geneeskunde (zie kader). De meeste definities hebben met elkaar gemeen dat de medische behandeling is gericht op het regenereren of herstellen van beschadigde weefsels of organen. De definities zijn primair gericht op het beoogde toepassingseffect en niet zozeer op de wijze waarop dit effect bewerkstelligd wordt. De verkenningscommissie heeft gekozen voor een definitie waarin de functionaliteit van de weefsels of organen centraal staat, maar waarin tevens wordt aangegeven op welke wijze de regeneratieve geneeskunde te werk gaat:

‘Regeneratieve geneeskunde richt zich op het functionele herstel van beschadigde weefsels en organen door gebruik te maken van (de eigen-schappen van) weefsels en cellen.’

De definitie omvat zowel het gebruik van cellen (cellulaire therapie), het gebruik van cellen in combinatie met al dan niet afbreekbare biomaterialen – ook wel tissue engi-neering genoemd – en het gebruik van biomoleculen en/of biomaterialen alleen, die lokale regeneratie van weefsels en organen induceren.

Enkele definities van regeneratieve geneeskunde National Institutes of Health

Regenerative medicine is the process of creating living, functional tissues to repair or replace tissue or organ function lost due to age, disease, damage, or congenital defects [NIH, 2008].

Centre for Regenerative Medicine

Regenerative medicine is an emerging interdisciplinary field of research and clini-cal applications focused on the repair, replacement or regeneration of cells, tis-sues, or organs. It uses a combination of approaches including soluble molecules, gene therapy, stem cell transplantation, tissue engineering, and the reprogram-ming of cell and tissue types [CRM, 2008].

Nederlands Forum voor Regeneratieve Geneeskunde

Regeneratieve geneeskunde richt zich op lichaamseigen herstel van aangedane weefsels en organen [DutchFoRM, 2008]

Mason et al.

Regenerative Medicine replaces or regenerates human cells, tissues or organs to restore or establish normal function [Mason, 2008].

1.4 Opbouw van het rapport

In hoofdstuk 2 wordt het toepassingsgebied regeneratieve geneeskunde geïntrodu-ceerd en wordt uitgelegd wat de relevantie is voor de patiëntenzorg. Ook biedt het hoofdstuk een overzicht van de huidige stand van de wetenschap in de regeneratieve geneeskunde en benoemt de belangrijkste kennishiaten. Hoofdstuk 3 geeft een indruk van de positie die Nederland internationaal inneemt en beschrijft hoe Nederland deze positie kan behouden, of nog beter, versterken. Hoofdstuk 4 gaat in op een belangrijke randvoorwaarde, het ethisch en juridisch kader. In dit hoofdstuk geeft de verkennings-commissie antwoord op de vraag of de huidige nationale en Europese regelgeving op het gebied van de regeneratieve geneeskunde volstaat en worden die ethische aspec-ten benoemd die aandacht behoeven om de verdere ontplooiing van het veld zeker te stellen. De conclusies en aanbevelingen worden in hoofdstuk 5 samengevat.

2. regeneratieve

geneesKunde

Het lichaam heeft een natuurlijk vermogen om zichzelf te vernieuwen en te onder-houden. Dit biologische proces, waarbij de oorspronkelijke structuur en functie van weefsels wordt vervangen of hersteld door middel van vermeerdering van (stam)cel-len, wordt weefselregeneratie genoemd. In dit opzicht verschilt het van het proces van wondgenezing, waarbij beschadigd weefsel wordt vervangen door granulatieweefsel en later littekenweefsel en een deel van de functie verloren kan gaan. Het natuurlijke regeneratieve vermogen van het menselijk lichaam is relatief laag in vergelijking met dat van verschillende diersoorten, zoals regenwormen en salamanders, en is beperkt tot enkele organen en weefsels. Het wetenschapsgebied regeneratieve geneeskunde gaat daarom na hoe weefselregeneratie kan worden nagebootst of gestimuleerd om beschadigde weefsels en organen te herstellen. Hiermee onderscheidt het gebied zich van de traditionele transplantatiegeneeskunde, die zich richt op de vervanging van beschadigde weefsels en organen.

Dit hoofdstuk geeft een impressie van de huidige stand van de wetenschap in de regeneratieve geneeskunde en beschrijft welke kennis en ondersteunende technolo-gieën nodig zijn om het vakgebied verder te ontwikkelen. Als inleiding hierop wordt beschreven hoe de regeneratieve geneeskunde is ontstaan en zich heeft ontwikkeld in de tijd en wat de betekenis van het vakgebied is voor mens en maatschappij.

2.1 Opkomst en ontwikkeling van de regeneratieve

geneeskunde

Regeneratieve geneeskunde is een jong en multidisciplinair veld van preklinisch en klinisch onderzoek en klinische toepassing. Het is ontstaan uit een convergentie van zowel fundamentele disciplines, zoals celbiologie, materiaalkunde en chemie, als meer toepassingsgerichte disciplines, zoals celtherapie en implantatietechnologie. Door de voortschrijdende wetenschap en de daardoor toenemende maatschappelijke mogelijk-heden spelen ook de disciplines recht en ethiek een steeds grotere rol. De eerste spo-radische wetenschappelijke publicaties op het gebied van regeneratieve geneeskunde dateren van halverwege de jaren zeventig van de vorige eeuw, maar pas vanaf 1990 is een snelle groei van het veld zichtbaar (zie figuur 1).Dit werd vooral gestimuleerd door de opkomst en medische belofte van tissue engineering (weefseltechnologie), wat een belangrijk onderdeel vormt van de regeneratieve geneeskunde. Fondsen voor subsidiewerving werden opgericht en ook de industrie sprong in op de mogelijkheden voor nieuwe productontwikkeling. Er ontstond een ware hype, mede aangespoord door de media. Zo vermeldde Time Magazine in 2000 het beroep ‘Tissue Engineer’ als nummer 1 van ‘hottest jobs of the future’ [Rawe, 2008]. De introductie van nieuwe toepassingen en producten moest echter continu worden uitgesteld vanwege onrealis-tische, hoge verwachtingen, onderschatting van de wetenschappelijke uitdagingen en problemen rond regelgeving en translatie van de wetenschappelijke resultaten. Ont-daan van de hooggespannen verwachtingen en met een realistischer doel voor ogen bleef het wetenschappelijke veld zich verder ontwikkelen. Voortbouwend op kennis uit de tissue engineering en gebruikmakend van de snelle ontwikkelingen in de (stam) celbiologie, de gentherapie en de materiaalkunde werd het veld ook breder. Rond 2002 is deze nieuwe wetenschappelijke impuls zichtbaar in de literatuur. Vanaf dat moment wordt ook de term ‘regeneratieve geneeskunde’ met regelmaat gebruikt om het gehele veld aan te duiden. De jaarlijkse groei van het aantal publicaties op het ge-bied van regeneratieve geneeskunde bedraagt sinds 2002 zo’n twintig procent. Sinds 2005 vindt er een voorzichtige maar stabiele verschuiving plaats van een onderzoeks-georiënteerde naar een meer toepassingsgerichte regeneratieve geneeskunde [Mason, 2007]. Dit translationeel onderzoek richt zich op de vertaling van nieuwe inzichten of hypotheses in nieuwe of betere therapeutische toepassingen.

NRC Handelsblad, 9 december 2008

‘Sommige cellen uit een stamcelgebied in het muizenbrein kunnen zich ontwikkelen tot de zintuigcellen van het binnenoor, de haarcellen. Ook bij mensen zijn die cellen te vinden. Mogelijk kunnen die in de toekomst bij dove mensen de verloren gehoorfunctie herstellen (...)’ [gebaseerd op Wei, 2008].

2.2 Maatschappelijk perspectief

De maatschappelijke relevantie van de regeneratieve geneeskunde is groot, vooral met het oog op de toenemende vergrijzing en het groeiende tekort aan donororganen en weefsel voor transplantatie. De in vitro vervaardiging van organen en weefsels kan het op den duur mogelijk maken om levende, autologe (lichaamseigen) implantaten op maat te maken. Door het curatieve karakter van de regeneratieve geneeskunde en de mogelijkheden tot vroegtijdig ingrijpen zou ook de kwaliteit van leven kunnen wor-den verhoogd. Om dit te bereiken moeten nog vele wetenschappelijke en technische uitdagingen worden overwonnen. Vooralsnog is ondanks de toenemende aandacht voor de translationele aspecten van de regeneratieve geneeskunde van breedscha-lige klinische toepassing nog geen sprake. Toepassingen met het doel huid-, bot- en kraakbeenregeneratie te bevorderen vinden op beperkte schaal plaats in de klinische studies, zoals bij huidtransplantaties en plaatselijke inductie van kraakbeenregene-ratie met biomoleculen. Dit geldt ook of zal in de nabije toekomst gelden voor studies met blaas, bloedvaten, zenuwen, lever, hart en spieren. De regeneratie van organen als hart en nier is nog toekomstmuziek. Of en wanneer op dit terrein introductie in de kliniek plaatsvindt, is daardoor nauwelijks te voorspellen. Naast het ontbreken van veel basale kennis, is ook nog weinig bekend over de effectiviteit en veiligheid van mo-gelijke behandelingen. Verder staat of valt introductie in de kliniek met de bereidheid

Figuur 1. Aantal internationale wetenschappelijke publicaties op het gebied van de

regeneratieve geneeskunde vanaf 1991 t/m 2008 (zie ook bijlage 4)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 ALNR 2007 2005 2003 2001 1999 1997 1995 1993 1991 Aantal publicaties

van artsen en ziekenhuizen om regeneratieve behandelingen te implementeren en te toetsen aan de bestaande klinische praktijk. Dit vergt extra inspanning aangezien deze behandelingen vaak een sterk geïndividualiseerd karakter hebben. Arts en onderzoe-ker dienen dan ook goed samen te werken, ook omdat klinisch relevante uitkomsten lang op zich laten wachten. Tevens is het belangrijk dat regeneratieve geneeskunde een integraal onderdeel gaat uitmaken van de geneeskunde opleiding. Beleidsmakers, regelgevers, verzekeraars en patiënten zullen zelf een rol spelen bij de implementatie van regeneratieve geneeskunde, aangezien zij het uiteindelijke klimaat bepalen waar-binnen nieuwe behandelingen al dan niet toegepast zullen worden.

2.3 Stand van de wetenschap

De regeneratieve geneeskunde omvat onderzoek vanaf relatief eenvoudige cellulaire systemen tot aan de complexiteit van een orgaan (figuur 2). Om informatie over het ene systeem te begrijpen, dient het daaraan voorafgaande systeem in belangrijke mate ontrafeld te zijn. Tot enkele jaren geleden lag de focus van het onderzoek enerzijds bij het ontrafelen van het cellulaire systeem en anderzijds bij het combineren van cellen, biomaterialen en omgevingsstimuli teneinde via tissue engineering tot implanteerbare weefsels of organen te komen. Onderzoekers hebben intracellulaire factoren geïden-tificeerd die een rol spelen bij cellulaire differentiatie. Langzamerhand ontstond ook inzicht in de rol van de omgeving waarin de cel zich bevindt, en het belang daarvan voor de cellulaire ontwikkeling. Dit heeft ertoe bijgedragen dat de wetenschap nu aan het begin staat van het ontrafelen van de volgende fase, die van de interactie van de cel met de micro-omgeving. Begrip over de omgeving waarin de cel zich bevindt en de moleculaire processen die hierbij betrokken zijn is van groot belang om de rege-neratie van een weefsel of orgaan te kunnen beïnvloeden en voorspellen. Het zal nog vele jaren duren voordat dit systeem volledig wordt begrepen. Desondanks hebben onderzoekers op enkele gebieden al de stap gewaagd om een weefsel te (re)genereren, bijvoorbeeld in het huidonderzoek. Patiënten met chronische wonden kunnen sinds enkele jaren worden behandeld met dragermateriaal waarop cellen zijn aangebracht. Het is echter nog niet mogelijk om de huid als geheel orgaan te regenereren. Op dit moment is de wetenschap nog niet ver genoeg gevorderd om de volledige complexi-teit van weefsels, zoals de aanwezigheid van verschillende gespecialiseerde celtypen, een driedimensionale structuur, een goede doorbloeding en de moleculaire basis van de interactie tussen deze weefsel elementen, te begrijpen en op basis van dit inzicht weefsel te regenereren Daartoe is het van cruciaal belang dat er eerst meer informatie beschikbaar komt over de moleculaire mechanismen van (stam)celdifferentiatie, de interactie tussen (stam)cellen en biomaterialen, vascularisatie en andere factoren uit de cellulaire omgeving die van belang zijn voor weefselvorming en -organisatie. Met deze kennis wordt het mogelijk de cellulaire respons te manipuleren en weefselvor-ming te stimuleren. Ook is de ontwikkeling van ondersteunende technieken (enabling technologies) waarmee het mogelijk is om deze informatie te verzamelen en evalueren zeer belangrijk.

Figuur 2. De regeneratieve geneeskunde omvat onderzoek vanaf de moleculaire mecha-nismen die ten grondslag liggen aan celgroei en celdifferentiatie, via cellulaire systemen tot aan de complexiteit van een orgaan. Illustratie door Maartje Kunen.

2.3.1 Begrijpen en manipuleren van de cellulaire respons

Het natuurlijke herstel van het betreffende weefsel wordt bewerkstelligd door cellen op een juiste manier te stimuleren. Dit kan door cellen buiten het lichaam te kweken en te manipuleren, maar ook door de (stam-)cellen in het lichaam te stimuleren tot bijdrage aan regeneratie van weefsels en herstel van functie. Begrip over de wijze waarop deze stimulatie dient plaats te vinden is hiervoor onontbeerlijk. Dit is dan ook een groot aandachtsgebied binnen de regeneratieve geneeskunde. Veel onderzoek richt zich op stamcellen, aangezien deze cellen in tegenstelling tot gedifferentieerde cellen, nog een groot potentieel hebben om zich te vermenigvuldigen en te differen-tiëren naar (verschillende) orgaan- of weefselspecifieke cellen. Echter, ook de kennis over de cellulaire responsen van gedifferentieerde cellen is van groot belang voor de ontwikkeling van het vakgebied.

de Volkskrant, 31 januari 2009

‘(...) de Amerikaanse toezichthouder FDA gaf op 23 januari toestemming voor ’s werelds eerste klinische proef met embryonale stamcellen. Bij die test- van het Californische biotechnologiebedrijf Geron – zullen patiënten die verlamd zijn geraakt door een acute dwarslaesie worden ingespoten met uit die stamcellen gekweekte zenuwcellen.’

Embryonale stamcellen

Embryonale stamcellen hebben een ongelimiteerd proliferatiepotentieel en hebben de capaciteit om te differentiëren naar alle cellen van de drie kiemlagen van het embryo (mesoderm zoals hartspier en bot, endoderm zoals lever, pancreas en longcellen, en ectoderm zoals huid of hersencellen). Dit wordt pluripotentie genoemd. Door stamcel-len uit een vroeg stadium in de ontwikkeling van een embryo te isoleren en gebruik te maken van specifieke groeifactoren en extracellulaire matrix moleculen wordt ge-tracht om de stamcellen in vitro te laten specialiseren naar een gewenste celpopulatie (zie kader). Inmiddels is er bewijs dat humane embryonale stamcellen kunnen specia-liseren naar cellen met kenmerken van o.a. hartspiercellen, levercellen, insuline produ-cerende β-cellen en een aantal verschillende zenuwcellen. Wat nader onderzoek vergt is dat sommige gedifferentieerde embryonale stamcellen zoals bijvoorbeeld hemato-poietische stamcellen, minder goed in staat lijken weefsel te repopuleren dan adulte somatische stamcellen, ook al zijn de redenen hiervoor nog niet duidelijk. Een van de grootste gevaren is dat ongedifferentieerde embryonale stamcellen zullen persisteren in het uiteindelijke celproduct, die dan aanleiding kunnen geven tot tumorvorming (te-ratomen). Een ander risico op tumorvorming komt voort uit de mogelijkheid dat door het langdurig kweken van de (embryonale) stamcellen epigenetische veranderingen of DNA mutaties ontstaan.

Beïnvloeding van celdifferentiatie

Tijdens de embryonale ontwikkeling worden cellen systematisch gespecificeerd tot meer en meer gedifferentieerde cellen door spatieel en temporeel goed geco-ordineerde signalen, geproduceerd door cellen in de omgeving waarin differen-tiërende cellen gelokaliseerd zijn. Studies in modelorganismen, van plant, tot de fruitvlieg, kikker en muis, hebben belangrijke inzichten verschaft in de signalen die deze differentiatieprocessen regelen en aangetoond dat bepaalde genen en groeifactoren geconserveerd zijn in de meeste weefsels om differentiatie van (stam)cellen te bewerkstelligen. Dus, specifieke differentiatie van stamcellen tot bijvoorbeeld een lever- maar niet een pancreasspecifieke cel, is in vivo het gevolg van kleine verschillen in de compositie van de verschillende signalen/factoren waaraan cellen zijn blootgesteld, en/of van de precieze timing waarin de cellen in contact komen met die factoren. Het recreëren in vitro van dus danig hoog geco-ordineerde signalen (micromilieu) om differentiatie van stamcellen tot stand te

brengen of weefselconstructen te creëren, zal dus noodzakelijkerwijs afhangen van onderzoek waarin die differentiatieprocessen in vivo beter bestudeerd kunnen worden en de regulatoire mechanismen en betrokken factoren geïdentificeerd gaan worden. Hematopoietisch stamcelonderzoek in de jaren ‘80, heeft geleid tot de ontdekking van het hormoon erythropoietine dat differentiatie naar rode bloedcellen mogelijk maakt. Ook al kan erythropoietine ex vivo worden gebruikt om differentiatie te bevorderen, dit eiwit wordt vooral klinisch gebruikt om dif-ferentiatie van voorlopercellen naar rode bloedcellen te bevorderen bij patiënten met bepaalde vormen van bloedarmoede. Daarom zal identificatie van groeifac-toren en signalen die pluri- en multipotente stamcellen laten differentiëren naar gespecialiseerde celtypes in vitro, ook geëxploiteerd kunnen worden om differenti-atie van endogene stamcellen te bevorderen.

Adulte somatische stamcellen

Ook in weefsels van volwassenen bevinden zich stamcellen, de adulte somatische stamcellen. Deze cellen hebben een functie bij het natuurlijk onderhoud en herstel van het weefsel of orgaan waarin ze aanwezig zijn, met name bij herstel van beschadigin-gen. Om deze reparatiefunctie gedurende het gehele leven te kunnen uitoefenen be-schikken stamcellen over de eigenschap zichzelf te vernieuwen en te differentiëren in gespecialiseerde cellen met een specifieke functie. Stamcellen kunnen asymmetrische celdelingen ondergaan, waarbij één dochtercel zelfvernieuwend vermogen behoudt en de andere cel differentieert naar gespecialiseerde celtypen. Op deze wijze wordt de stamcelpool intact gehouden. Lang is gedacht dat deze stamcellen zich alleen konden differentiëren naar een beperkt aantal celtypes (multipotentie); recent is echter ont-dekt dat sommige adulte somatische stamcellen pluripotente differentiatiemogelijkhe-den hebben. De biologische betekenis van deze eigenschap is echter nog onduidelijk. Hoewel stamcellen nog niet in alle orgaansystemen zijn geïdentificeerd is duidelijk geworden dat zij niet alleen aanwezig zijn in weefsels met grote celdelingscapaciteit zoals het bloed, de huid en het maag- en darmsysteem, maar ook in andere weefsels en organen met een veel lagere celdelingscapaciteit, zoals bijvoorbeeld zenuwweefsel.

Adulte somatische stamcellen zijn een belangrijke bron voor toepassingen in de regeneratieve geneeskunde. In veel gevallen wordt daarbij gebruik gemaakt van lichaamseigen cellen omdat ze geen afweerrespons opwekken. Dit heeft grote voorde-len ten opzichte van embryonale stamcelvoorde-len aangezien deze laatste categorie afkom-stig is van een ander individu en de weefsels en organen die daarvan worden afgeleid lichaamsvreemd zijn voor de ontvanger en een afstotingsreactie in gang zetten. Deze reactie is vergelijkbaar met het transplanteren van een orgaan van een ander individu. Levenslange behandeling met immuunsuppressieve middelen is dan nodig. Van lang niet alle weefsels en organen zijn echter adulte somatische stamcellen ter beschik-king voor behandeling. Tevens zijn mogelijke ethische bezwaren bij adulte stamcellen minder aan de orde.

Bij de isolatie van adulte somatische stamcellen wordt gebruik gemaakt van antili-chamen, die specifiek op het oppervlak van de cel gelegen structuren herkennen. Van de meeste stamcellen zijn deze structuren in zeer beperkte mate bekend, waardoor isolatie wordt bemoeilijkt en gedetailleerd onderzoek naar de eigenschappen van deze cellen wordt beperkt. Tot op heden is men er voor geen enkele stamcelpopulatie in geslaagd om een zuivere populatie te isoleren. Daarnaast kunnen in de meeste geval-len slechts beperkte aantalgeval-len stamcelgeval-len worden geoogst. Bovendien zijn de gangbare methoden om deze stamcellen te expanderen nog onvoldoende ontwikkeld. Daarom wordt nog steeds gezocht naar signalen die stamcellen kunnen laten vermenigvuldi-gen zonder dat ze gelijktijdig differentiëren.

Genereren van pluripotente stamcellen d.m.v. celkerntransfer

Tijdens differentiatie worden cellen steeds meer gespecialiseerd en tegelijkertijd be-perkt in hun ontwikkelingsmogelijkheden. Om de voordelen van zowel de embryonale als de adulte (stam)cellen ten volle te benutten wordt geprobeerd om adulte cellen te herprogrammeren zodat ze de kenmerken krijgen van pluripotente stamcellen. Kerntransplantatie experimenten over de afgelopen vijftig jaar hebben aangetoond, dat ondanks de afgenomen ontwikkelingspotentie de kern van de meeste adulte cellen gereprogrammeerd kan worden naar een embryonale status. Hoewel er voortgang is gemaakt en het een interessant experimenteel model is lijkt het onwaarschijnlijk dat somatic cell-nuclear transfer klinisch een belangrijke plaats in de regeneratieve geneeskunde zal gaan innemen. De procedure is technisch complex, inefficiënt en afhankelijk van vrijwillige donatie van onbevruchte eicellen en evenals bij embryonale stamcellen zijn er de ethische aspecten.

Geïnduceerde pluripotente stamcellen

Een recente doorbraak die het herprogrammeren van adulte cellen dichterbij heeft gebracht is het genereren van zogenoemde geïnduceerde pluripotente stamcellen (induced pluripotent stem cells; iPS cells) door het ‘herprogrammeren’ van de cellen. De adulte cellen beschikken hierdoor over eigenschappen, zoals morfologie, proli-feratie, oppervlakteantigenen en genexpressie, die lijken op humane embryonale stamcellen. Tot voor kort kon dit alleen geschieden door het inbrengen van vreemd DNA met behulp van virale vectoren, waardoor er genoom integratie optrad met kans op activatie van oncogenen. Recent is aangetoond dat de totstandkoming van iPS cellen ook kan plaatsvinden door gebruik te maken (episomale) vectoren die niet in het DNA integreren. Na het verwijderen van de episomale vector blijven er iPS cellen over die in hun proliferatieve en ontwikkelingsmogelijkheden gelijkwaardig zijn aan humane embryonale stamcellen. Deze doorbraak van iPS opent belangrijke nieuwe mogelijkheden voor het regeneratieve geneeskunde onderzoek en op termijn voor de klinische implementatie. Wel dienen om hier te komen nog belangrijke kennishiaten in detail ingevuld te worden. Het gaat dan onder andere om de oorsprong van de te herprogrammeren cel, de leeftijd en de stabiliteit op lange termijn in vitro en in vivo.

Op kortere termijn maakt de iPS technologie het mogelijk om patiëntspecifieke en ziektespecifieke cellijnen te ontwikkelen die kunnen dienen als een platform technolo-gie voor het ontwikkelen en testen van nieuwe geneesmiddelen. Gereprogrammeerde somatische pluripotente cellen zijn nog niet toe aan klinische toepassingen, maar in tegenstelling tot celkerntransfer is direct herprogrammeren eenvoudiger en reprodu-ceerbaar en geeft het voor de eerste keer de mogelijkheid om een voldoende aantal patiëntspecifieke pluripotente stamcellen te genereren.

Trouw, 27 maart 2009

‘Daar is-ie dan: de eerste superveelzijdige stamcel zonder verhoogd kankerrisco, in het lab gekweekt uit menselijke voorhuid. Een embryo is er niet voor nodig (…). Deskundigen (…) hebben haar vervaardigd door in een huidcel van een pasgeborenen slechts tijdelijk vier genen in te bren-gen.’ [gebaseerd op Yu, 2009].

Regulatie van (stam)cellen

Kennis over de moleculaire mechanismen en factoren die de proliferatie en diffe-rentiatie van (stam)cellen in een specifieke richting bepalen, is van groot belang. De omgeving van de cel speelt hier een grote rol in. De manier waarop cellen impulsen uit hun micromilieu (bijv. fysische stimuli uit de directe omgeving) verwerken en vertalen is van belang om uiteindelijke driedimensionale weefsels te kunnen (re)genereren. Er is belangrijke vooruitgang geboekt op dit terrein, maar in het algemeen is de ken-nis hier van nog te beperkt. Ook kenken-nis omtrent de mate van plasticiteit van cellen is een vereiste. De mate van plasticiteit heeft betrekking op in hoeverre cellen, tijdens differentiatie in een specifieke richting, nog in staat zijn om in een andere richting te differentiëren (zie kader). Kennis die opgedaan wordt in het kankeronderzoek kan hierbij ondersteunend zijn, aangezien gepostuleerd is dat er ook kankerstamcellen bestaan. Deze zouden kunnen ontstaan door mutatie van pluripotente stamcellen. Een aantal studies heeft inmiddels aangetoond dat in sommige omstandigheden ingespo-ten cellen niet zelf deelnemen aan de heropbouw van weefsel, maar signalen produ-ceren, ook trofische (voedende) factoren genoemd, die ertoe leiden dat eigen (stam) cellen geactiveerd worden om deel te nemen aan weefselregeneratie. Deze trofische factoren zijn in veel gevallen nog onbekend. Ook is onduidelijk of het mogelijk zal worden om de celimplantaten te vervangen door combinaties van groeifactoren en en-zymen geproduceerd door de geïmplanteerde cellen. Behalve factoren die (stam)cellen activeren om deel te nemen aan weefselherstel, zijn er ook aanwijzingen dat sommige stamcellen, via factoren en mogelijk via directe cel-celinteracties, het immuunsysteem kunnen moduleren, en ervoor zorgen dat afstotingsreacties tegen allogene transplan-taten worden onderdrukt.

Concluderend, voor een goede vooruitgang in de regeneratieve geneeskunde is kennis over de isolatie en zuivering van stamcellen en over de moleculaire

mechanismen die ten grondslag liggen aan stamcelvermenigvuldiging, inductie van differentiatie en plasticiteit, onontbeerlijk. De rol van de weefselomgeving in deze pro-cessen is cruciaal. Wel moeten de risico’s van stamceltransplantaties beter onderzocht worden. Het gaat dan om ongewenste differentiatie van cellen, maligne transformatie en immunogeniciteit en beïnvloeding van omgevingsweefsel na implantatie.

Trouw, 20 februari 2009

‘Een joodse jongen (17) heeft twee tumoren opgelopen als gevolg van een experimentele stamceltherapie (...). Tussen 2001 en 2004 hebben zijn ouders hem in Moskou drie keer laten behandelen met hersenweef-sel van geaborteerde foetussen. Israëlische onderzoekers hebben in de tumoren cellen aangetroffen van minstens twee donoren: een mannelijke en een vrouwelijke. Vermoedelijk zijn de gezwellen ontstaan doordat er nog onrijpe cellen met een enorm groeipotentieel in het preparaat zaten. Maar de ellende kan ook veroorzaakt zijn door verkeerde kweekvloeistof-fen, of doordat de patiënt met zijn verminderde afweer geen tumoren kan onderdrukken.’ [gebaseerd op Amariglio, 2009].

2.3.2 Biomaterialen en de interactie met de weefselmatrix omgeving

Een ander belangrijk aandachtsgebied in de regeneratieve geneeskunde betreft het gebruik van biomaterialen. Het gaat dan om zowel de ontwikkeling van nieuwe ma-terialen als het gebruik van bestaande mama-terialen en om biologische en synthetische materialen. Deze biomaterialen kunnen op verschillende manieren bijdragen aan de controle van de processen die leiden naar regeneratie van weefsels en organen. Al-lereerst kunnen biomaterialen de mechanische functie overnemen van het weefsel. Ook is het mogelijk om cellen te laten groeien in de materialen; het biomateriaal wordt dan gebruikt als toeleverancier van cellen. Sommige biomaterialen hebben de poten-tie om na implantapoten-tie cellen te rekruteren naar de plek van implantapoten-tie, waarna deze bijdragen aan weefselherstel. Dergelijke biomaterialen, bijvoorbeeld geïntegreerd met bio (actieve) moleculen, kunnen de celdeling, differentiatie, en immuun- en ontste-kingsreacties beïnvloeden. Het is een grote uitdaging om al deze aspecten, alsmede de eventuele degeneratie van het materiaal, op een juiste wijze tijdens het herstelproces te reguleren. In deze paragraaf wordt dieper ingegaan op de rol van biomaterialen voor de regeneratieve geneeskunde.

Extracellulaire matrix als inspiratiebron

De extra-cellulaire matrix (ECM) dient als belangrijke inspiratiebron voor de ontwik-keling van biomaterialen om deze te laten voldoen aan de vereisten van het dynami-sche herstelproces. De ECM is een term die gebruikt wordt om structuren aan te dui-den die deel uitmaken van biologische weefsels, maar zich buiten de cellen bevindui-den,

zoals structurele vezeleiwitten (o.a. collageen, elastine), proteoglycanen, glycosami-noglycanen en laag moleculaire eiwitten met specifieke signaalfuncties, zoals groeifac-toren. De ECM dient onder meer voor celhechting en mechanische integriteit van een weefsel en kan het gedrag van een cel sturen en aanzetten tot bijvoorbeeld proliferatie, migratie of differentiatie. Voortschrijdende kennis over de ECM is dan ook onontbeer-lijk voor de ontwikkeling van functionele biomaterialen.

Veel onderzoek richt zich op het gebied van de oppervlakte eigenschappen van de materialen die zo ontworpen kunnen worden dat specifieke instructies aan cellen kunnen worden gegeven, bijvoorbeeld om de afgifte van biomoleculen te reguleren of om de immuunreactie te onderdrukken. Ook is veel onderzoek naar de afgifte van groeifactoren of andere biochemische stoffen uit biomaterialen nodig om de cellu-laire omgeving te kunnen beïnvloeden. Kennis omtrent het koppelen van specifieke celadhesiemoleculen aan de materialen kan leiden tot het selectief binden van celty-pen, waardoor gecontroleerde sturing van celproliferatie, migratie en differentiatie kan worden gerealiseerd. Ook onderzoek naar de degradeerbare eigenschappen van de biomaterialen kan de weefselmorfogenese optimaliseren. De degradatie is onder meer afhankelijk van het gekozen materiaal en kan gestuurd worden door externe stimuli, zoals ultrasound, licht, temperatuur of magnetische signalen. Een nieuw onderzoeksgebied is de mate waarin materialen kunnen reageren op de omgeving, de bioresponsiviteit. Een verandering van lokale omgevingsparameters in het lichaam zoals zuurgraad, glucosegehalte, enzym en cytokineconcentratie kunnen de materi-aaleigenschappen reguleren of de afgifte van biochemische factoren induceren, en daarmee regeneratie adaptief sturen. Bij de ontwikkeling van biomaterialen voor de regeneratieve geneeskunde is aandacht voor het ‘zelfregulerend vermogen’ van het materiaal van groot belang. Een betere kennis van natuurlijke extracellulaire matrices en metabolisme en een sterke interactie met moleculaire en celbiologische stamceldis-ciplines is hiervoor noodzakelijk.

Regeneratieve biomaterialen

Biomaterialen die gebruikt worden als constructen in de regeneratieve geneeskunde kunnen bestaan uit enkele of meerdere typen materialen afhankelijk van de beno-digde functie en structuur. Deze biomaterialen kunnen een biologische of synthetische origine hebben. Van ouds her is er veel onderzoek gedaan naar het gebruik van op biologische ECM gebaseerde materialen, zoals de varkenshartklep en de humane do-norhuid. Momenteel wordt er veel onderzoek gedaan naar de constructie van ‘slimme” ECM preparaten. Dit zijn gedefinieerde ECM materialen waaraan effectormoleculen zoals groeifactoren zijn toegevoegd en waarvan verwacht wordt dat ze de cellen in het lichaam kunnen aanzetten tot de vorming van bepaalde weefsels. Deze materialen hebben de potentie om in de tijd door het lichaam te worden afgebroken en te wor-den vervangen door lichaamseigen matrixmateriaal. Dit heeft – met name bij kinde-ren – het voordeel dat het materiaal meegroeit. De meeste ECM materialen worden gewonnen uit dierlijke organen en potentiële immunogeniciteit, ziekteoverdracht en

variabiliteit van eigenschappen vormen derhalve aandachtsgebieden. Collageen wordt al vele decennia klinisch toegepast, waarbij het materiaal gewonnen wordt uit zoge-noemde ‘closed herds” om overdracht van zoönosen tegen te gaan. Voor regeneratieve geneeskunde van harde weefsels zoals bot, wordt onderzoek gedaan naar combinaties van ECM materialen en synthetische biomaterialen, waarbij de laatsten worden toege-voegd ter vergroting van de mechanische sterkte.

The Lancet, december 2008

Recentelijk is een gedecellulariseerd stukje luchtpijp van een donor op-nieuw voorzien van een in vitro gegroeide epitheellaag en teruggeplaatst bij een patiënt met luchtwegproblemen. De epitheellaag was afkomstig van de patiënt [Macchiarini, 2008]

De eerste generatie synthetische materialen, zoals metalen, zijn met succes toegepast voor implantaten die veelal de mechanische functie van weefsels overnemen. Toepas-singsvoorbeelden zijn: tanden, heup- en kniegewrichten, grote-diameter bloedvaten en hartkleppen. Kenmerkend voor deze klasse van biomaterialen is dat zij geen of weinig degradatie of remodelering kennen, en ontworpen zijn om bij voorkeur geen (inert) of slechts een beperkte weefselreactie te geven. Deze biomaterialen hebben een beperkte mogelijkheid het herstel en regeneratie van weefsel te sturen, en staan volledige regeneratie in de weg. De tweede generatie synthetische biomaterialen kan gekarakteriseerd worden door hun afbreekbare vermogen. Ze worden gebruikt als tijdelijke drager (scaffold) waarin cellen zich kunnen verankeren en vermenigvuldi-gen. Daarnaast biedt de drager mechanische ondersteuning aan het weefsel, reguleert transport van voedingsstoffen en zuurstof, en kan prikkels geven voor weefselvorming. Typische voorbeelden van materialen zijn polymelkzuren (PLLA, PDLLA, PLGA), poly-caprolacton (PCL) en polyglycolzuur (PGA). De materialen ontlenen hun populariteit aan de relatief eenvoudige synthese, en de mogelijkheid door combinaties een reeks van degradatie en mechanische eigenschappen te verkrijgen. Deze biomaterialen zijn niet specifiek ontworpen om een bioactieve rol te vervullen, hoewel zij dat impliciet wel doen door intrinsieke celadhesie eigenschappen, vorm, stijfheid en degradatie-producten. Eén van de nadelen van deze materialen is dat de degradatiesnelheid nog onvoldoende gecontroleerd kan worden. Ook dienen de toxicologische effecten van degradatie(-producten) na implantatie in sommige gevallen nog beter bestudeerd te worden. Daarnaast is er gebrek aan biosensorkwaliteiten en kunnen de materialen zich nog niet voldoende aanpassen aan de dynamiek van weefselherstel. Een nieuwe klasse biomaterialen zijn de degradeerbare metalen, zoals magnesium. Zij bezitten voor de regeneratieve geneeskunde potentievolle eigenschappen, zoals chemische biocompatibiliteit, voorspelbaar degradatiegedrag en potentie om celresponsen te re-guleren. Voor toepassingen in bijvoorbeeld orthopedische en cardiovasculaire aandoe-ningen is meer onderzoek nodig.

Concluderend, bij de ontwikkeling van biomaterialen ten behoeve van de regene-ratieve geneeskunde is aandacht voor het ‘zelfregulerend vermogen’ van het materiaal van groot belang. Voortschrijdende kennis omtrent de extra-cellulaire matrix (ECM) kan hierbij als belangrijke inspiratiebron dienen. Het gebruik van biomaterialen al dan niet beladen met cellen, brengt risico’s voor de ontvanger mee, zoals toxicologische degradatieproducten, die goed bestudeerd moeten worden.

2.3.3 Ontwikkelen van ondersteunende technologieën

De opkomst van een nieuw wetenschapsgebied, zoals de regeneratieve geneeskunde, gaat veelal gepaard met een behoefte aan geschikte ondersteunende technologieën (enabling technologies). Het voor het veld van de regeneratieve geneeskunde nog niet of onvoldoende beschikbaar zijn van dergelijke technologieën belemmert vooral de overgang van fundamentele wetenschap naar translationeel onderzoek, waarbij de nadruk ligt op effectiviteit- en veiligheidstudies, en klinische toepassing. De ontwik-keling en verbetering van biomarkers, beeldvormingstechnieken en high-throughput technologieën zijn hiervoor essentieel. Ook dienen modelsystemen, zowel in vitro als in vivo systemen, toegesneden te worden op ziektebeelden relevant voor de regenera-tieve geneeskunde. Ook de bereiding van specifieke cellulaire producten met behulp van bioreactoren verdient verdere aandacht. In de volgende paragrafen wordt nader ingegaan op de belangrijkste ondersteunende technologieën voor de regeneratieve geneeskunde (zie tabel 1). In zijn algemeenheid geldt, dat de ontwikkeling van nieuwe technologieën en de aanpassing van bestaande technologieën gepaard gaan met zeer hoge kosten. De steeds hogere kwaliteitseisen leiden tot hoge administratieve lasten, daarbij is de ontwikkeling van nieuwe ondersteunende technologieën zeer arbeidsin-tensief.

Tabel 1. Overzicht van ondersteunende technologieën om het veld van regeneratieve

geneeskunde verder te ontwikkelen

Doel Technologie

Biologische activiteit en effectiviteit van geïmplanteerde cellen en/

of biomaterialen meten Biomarkers Migratie, functionaliteit en interactie met micro-omgeving

bestude-ren van cellen en materialen in het lichaam Beeldvormingtechnieken Grootschalig gegevens verzamelen over de differentiatie en

functio-nele toestand van cellen en weefsels High-throughput technologieën In vitro bestuderen van ontwikkeling en gedrag van (stam)cellen en

weefsels in relatie met de micro- en macro-omgeving In vitro-modelsystemen In vivo bestuderen van ontwikkeling en gedrag van (stam)cellen en

weefsels in relatie met de micro en macro omgeving Proefdiermodellen Cellen sturen/vermenigvuldigen onder gecontroleerde

omstandig-heden Bioreactoren

Toedienen van (cellulaire) producten bij de mens met minimaal

Biomarkers

Teneinde de functie van een weefsel of orgaan te kunnen beoordelen is het nodig te beschikken over meetbare indicatoren van biologische activiteit en effectiviteit van geïmplanteerde cellen, weefsels en/of biomaterialen. Deze indicatoren worden wel aangeduid als biomarkers. Biomarkers kunnen worden ingezet bij het stellen van een diagnose, of bij het onderzoeken naar therapeutische effectiviteit (zie kader). Bio-markers zijn echter ook van belang in het translationele onderzoek, de fase voordat een nieuw product in de kliniek wordt geïntroduceerd. Juist in deze ontwikkelfase is de beschikbaarheid van meetbare indicatoren essentieel, bijvoorbeeld om het ge-drag van geïmplanteerde cellen of biomaterialen in een proefdier te volgen. Doordat regeneratieve geneeskunde voor een andere benadering kiest (herstel in plaats van vervanging) dan bestaande velden, heeft ze ook behoefte aan andere biomarkers om betrouwbare en reproduceerde data te verkrijgen over de functionaliteit van het geregenereerde weefsel of orgaan. In de praktijk blijken deze niet altijd voorhanden te zijn en dienen deze eerst te worden ontwikkeld alvorens de effectiviteit van geïmplan-teerde cellen en/of biomaterialen onderzocht kan worden. Nieuw verworven inzichten in het basale onderzoek zullen ook leiden tot het ter beschikking komen van goede biomarkers.

Biomarkers

Leukemie kan worden behandeld met een allogene stamceltransplantatie. Bij deze transplantatie worden donorstamcellen aan de patiënt toegediend. Deze behan-deling is succesvol als er bij de patiënt functionele hematopoietische stamcellen aangetoond worden. Dit kan worden afgeleid uit de aanwezigheid van een biomar-ker, in dit geval het aantal circulerende bloedcellen van donor origine.

Diabetes wordt gekenmerkt door een verhoogd glucoseniveau, wat wordt veroor-zaakt doordat de alvleesklier geen insuline meer produceert. Het glucoseniveau is meetbaar, dat het een geschikte biomarker voor diabetes maakt. Inmiddels is een nieuwe biomarker ontdekt, C-peptide, dat specifiek duidt op de functionaliteit van de alvleesklier. Deze biomarker wordt gebruikt om de residuale functie van de alvleesklier aan te tonen na een transplantatie van de Eilandjes van Langerhans. Het zou echter nog beter zijn als een biomarker ontdekt zou worden, die functie-vermindering van de alvleesklier meetbaar maakt, nog voordat er sprake is van diabetes.

Beeldvormingtechnieken

Beeldvormingtechnieken zijn technieken die het mogelijk maken om de migratie en functionaliteit van cellen, weefsels en biomaterialen in het lichaam te bestuderen. Voorbeelden hiervan zijn magnetic resonance imaging (MRI), positron emissie to-mografiescan (PET) en de computertoto-mografiescan (CT). De opkomst en verfijning

van deze technologieën hebben nieuwe vormen van onderzoek in de regeneratieve geneeskunde geïntroduceerd. Tot voor kort was de hypothese over de werkzaamheid van een ingespoten celpopulatie slechts gebaseerd op in vitro eigenschappen. Het in vivo zichtbaar maken van de celpopulatie verschaft veel nieuwe kennis over de biolo-gische betekenis. Het is bijvoorbeeld mogelijk om met behulp van bioluminescentie longitudinale metingen in proefdieren te verrichten om het gedrag van de cellen in de tijd in kaart brengen. Hiermee kunnen de specifieke migratie-eigenschappen van cellen worden bestudeerd en kan informatie worden verkregen over de in vivo overle-ving. Verfijningen van deze techniek richten zich op het afbeelden van genexpressie-patronen in vivo, waarmee belangrijke functionele informatie kan worden verkregen. De bioluminescentie-techniek is nog niet geïntroduceerd in de kliniek en kan tot op heden alleen bij proefdieren worden toegepast. De nieuwe beeldvormingtechnieken maken het mogelijk om nieuwe celtherapieën te ontwikkelen en bestaande therapieën te verbeteren. Bij regeneratieve geneeskunde benaderingen met biomaterialen bieden de beeldvormingtechnieken de mogelijkheid om de interactie tussen de omgeving en het biomateriaal en de degradatie in vivo te volgen. Bij de toepassing van weefsels be-staat tevens de mogelijkheid de structurele ontwikkeling, eventuele malformaties, de functionaliteit van het weefsel en de integratie met omringende weefsels of organen in kaart te brengen. Hoewel deze technieken veel nieuwe mogelijkheden bieden, is er nog een aantal problemen, zoals de gebrekkige sensitiviteit en het ontbreken van speci-fieke tracers (labels die gevisualiseerd worden door de beeldvormingapparatuur). Het is van groot belang voor de regeneratieve geneeskunde dat deze technieken verder worden geoptimaliseerd om nauwkeurig in vivo de lokalisatie, ontwikkeling en functie (de ‘in-vivo fate’) van de cellen te kunnen volgen.

High-throughput technologieën

Bij high-throughput technologieën, zoals bijvoorbeeld genexpressieanalyse, proteo-mics en metaboloproteo-mics methodologieën, worden grote hoeveelheden data verkregen die informatie kunnen verschaffen over de differentiatie en functionele toestand van cellen en weefsels. Hierbij is het doel te komen tot moleculaire signatures die infor-matie geven over de functie van cellen en weefsels. Op het gebied van de ontwikkeling van nieuwe biomaterialen spelen high-throughput technologieën ook een belangrijke rol, vooral bij het screenen van nieuwe materialen met betrekking tot biologische eigenschappen. Deze informatie is essentieel voor de ontwikkeling van een weefsel-specifieke micro-omgeving waar weefsel-specifieke condities worden gecreëerd voor de groei en ontwikkeling van weefselspecifieke (stam)cellen. Tot voor kort was het gebruikelijk om slechts één gen of eiwit tegelijkertijd te onderzoeken. High-throughput techno-logieën hebben onderzoekers in staat gesteld om meerdere genen en/of eiwitten in relatie tot elkaar te onderzoeken, om zodoende moleculaire netwerken en processen in kaart te brengen. Hierbij worden grote hoeveelheden data gegenereerd. Voor de verwerking en interpretatie van deze gegevens is specialistische kennis op gebied van bioinformatica en biowiskunde vereist. Nederland is al enkele jaren bezig om een