Klinisch chemicus Ron Wevers (rechts) en laboratoriumspecialist Klinische Genetica Leo Kluijtmans analyseren met hun metabolomics-team lichaamsvloeistoffen van patiënten met de door hen ontwikkelde Next Generation Metabolic Screening. 
Zo’n 10.000 gezinnen in Nederland hebben te maken met stofwisselingsziekten, ongeveer 600 in totaal. Mogelijke klachten zijn ontwikkelingsachterstand, groeiachterstand of epilepsie. Het Radboudumc-laboratorium van hoogleraar Ron Wevers heeft de Nijmeegse methode – de zogenoemde Next Generation Metabolic Screening - nu zo goed in de vingers dat de diagnose van en het onderzoek naar stofwisselingsziekten ingrijpend kan veranderen.
Stofwisselingsziekten of metabole ziekten zijn aangeboren, vaak erfelijke ziekten. Klinisch chemicus Ron Wevers (hoofd van het Translationeel Metabool Laboratorium) ziet dat zo: ‘De mens als organisme houdt zichzelf in stand door een complexe stofwisseling. In het lichaam worden allerlei stoffen voortdurend afgebroken en aangemaakt.’ Die metabole processen brengt hij met zijn metabolomics-team in beeld. Plus de foutjes in die stofwisselingsprocessen, waardoor mensen ziek worden.

Nijmeegse methode
‘Tot voor kort stuurde de arts wat bloed en urine naar het lab met de vraag naar diverse bekende stofwisselingsziekten te kijken. Dat leverde soms wat op, maar vaak kwam daar niets uit. We gaan steeds meer toe naar dokters die een compleet beeld willen ver- krijgen van het functionele metabolisme – het metaboloom. We gaan er in onze “Nijmeegse methode” naar toe dat we de individuele patiënt op basis van een gecombineerde genetische en metabole screening gaan diagnosticeren.’

Wereldwijd
‘De techniek zal bij ons in de eerste maanden van 2017 in het Radboudumc, als eerste laboratorium wereldwijd, in de metabole diagnostiek worden opgenomen en wordt in de tweede helft van dat jaar opengesteld voor wetenschappelijke studies. Dit is precision- en personalized medicine in één.’ Volgens de hoogleraar gaat Next Generation Metabolic Screening, zeker in combinatie met Next Generation Sequencing (exoom sequencing), voor enorme veranderingen zorgen in de diagnostiek van erfelijke stofwisselingsziekten.

Grensoverschrijdend
‘Aanvankelijk keken we vooral naar aminozuren en organische zuren’, zegt Wevers, ‘maar met de aanschaf van een NMR-spectrometer in de jaren negentig konden we veel meer stoffen in beeld brengen. Zo’n acht nieuwe stofwisselingsziekten hebben we zo opgespoord. Maar ook met die techniek liepen we op gegeven moment tegen grenzen aan. Dus wilden we nog gevoeligere apparatuur om de stofwisseling, de metabole processen nóg subtieler in beeld te brengen.’
Die stap werd ruim vijf jaar geleden gezet met de aanschaf van een zeer gevoelige massaspectrometer (zie kader). ‘In plaats van enkele honderden, kregen we in één bloedmonster ineens meer dan tienduizend(!) signalen in beeld. Dat is fantastisch, maar confronteert je meteen ook met een enorm probleem. Want hoe kom je erachter welke stoffen interessant zijn voor het opsporen van een ziekte?’
Ron Wevers kon de kracht van de techniek daarna al snel in de praktijk gaan toetsen. In 2013 sprak hij op een congres over de nieuwe mogelijkheden van deze aanpak. In de wandelgangen werd hij aangesproken door Clara van Karnebeek, een Nederlandse kinderarts die toen werkte in Vancouver in Canada. Zij had een jonge patiënt bij wie ze de oorzaak van de ziekte niet kon vinden. Het patiëntje had onder meer een ernstige verstandelijke beperking en achterblijvende skeletgroei. Van Karnebeek had met Next Generation Sequencing enkele genen opgespoord die de ziekte van de patiënt misschien konden verklaren, maar het ultieme bewijs welk gen- foutje de ziekte veroorzaakte bleef uit. Als ze haar gegevens combineerde met de Next Generation Metabolic Screening uit Nijmegen, dan zou ze misschien verder kunnen komen. ‘We zijn gaan samenwerken en von- den al snel afwijkende waardes van één bepaalde stof in het bloed, de urine en de liquor (dat is hersen- of ruggenmergvloei- stof) van de patiënt. Het bleek om een heel specifieke vorm van een suiker te gaan, namelijk N-acetylmannosamine. De concentratie ervan was in lichaamsvloeistoffen van deze patiënt sterk verhoogd in vergelijking met controles. Door de genetische en de metabole kennis te combineren konden we uiteindelijk zowel het verantwoordelijke gen als de ontsporing in de stofwisseling helemaal in kaart brengen en hadden we ook meteen een biomarker voor deze ziekte.’
Als proef op de som werd het gemuteerde gen ingebouwd in een zebravis, een veelgebruikt modelsysteem in onderzoek. Ron Wevers: ‘Ook in de zebravis ontstonden de kenmer- kende afwijkingen aan het skelet en vonden we de biomarker N-acetylmannosamine in verhoogde concentraties. Als we in een vroeg stadium van de ontwikkeling van de visjes siaalzuur aan het water toevoegen, dan zien we dat de skeletproblemen voor een belangrijk deel weer verdwijnen. Siaalzuur is de stof die bij deze ziekte onvoldoende wordt aangemaakt, waardoor de problemen bij de patiënt en de visjes ontstaan. Deze proef bewijst niet alleen dat dit werkelijk de ziekte veroorzaakt, maar suggereert ook dat de ziekte in een heel vroeg stadium misschien deels is te behandelen.’ De resultaten van het onderzoek werden in mei 2016 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Genetics.

Next Generation Metabolic Screening
Het opsporen van een stofwisselingsziekte lukt met de nieuwe techniek door gebruik te maken van slimme statistiek en met de hulp van bio-informatici. “Eerst analyseerden wij monsters van patiënten met reeds bekende stofwisselingsziekten.” Zo analyseerden Ron Wevers en laboratoriumspecialist Klinische Genetica Leo Kluijtmans en hun metabolomics-team met de door hen ontwikkelde Next Generation Metabolic Screening techniek bloedmonsters van patiënten met de erfelijke ziekte fenylketonurie (PKU). Fenylalanine is een aminozuur dat je binnenkrijgt met voedsel en gewoon kan worden afgebroken. Maar niet door mensen met PKU, want die missen het enzym dat daarvoor zorgt. Als de aandoening niet wordt behandeld kan het fenylalaninegehalte zo hoog oplopen dat het de hersenen beschadigt. Daarom wordt er met de hielprik op gescreend bij pasgeborenen.

Krachtige techniek
Leo Kluijtmans: ‘Alle PKU-patiënten haalden we er met de Next Generation Metabolic Screening techniek onmiddellijk uit. Sterker nog, we zagen zes andere stoffen die óók als biomarkers voor PKU zijn te gebruiken. Het geeft aan hoe krachtig deze techniek is, als je voor een ziekte waar wereldwijd al zestig jaar aan wordt gewerkt met nieuwe biomarkers op de proppen komt.’
Ron Wevers: ‘We gebruiken voor ons onderzoek uitsluitend lichaamsvloeistoffen, zoals urine, bloedplasma en liquor. We onderzoeken één individu, zodat er telkens een unieke vingerafdruk van zijn persoonlijke stofwisseling ontstaat. Zoals je met Next Generation Sequencing het individuele genenpakket van iemand in beeld brengt, zo brengen wij met Next Generation Metabolic Screening het individuele stofwisselingspakket van iemand in beeld.’

Reageren?
radbode@radboudumc.nl
 
 

Nieuws overzicht