Onderzoekers brengen de zieke en gezonde menselijke long voor het eerst volledig in kaart 

Onderzoekers hebben voor het eerst een plattegrond gemaakt die de opbouw van de menselijke long in de verschillende celtypes tot in detail weergeeft. Deze plattegrond laat de grote diversiteit aan cellen in de long zien en onthult zowel belangrijke verschillen tussen zieke en gezonde longen, maar ook overeenkomsten tussen verschillende ziekten. Met de zogeheten ‘Human Lung Cell Atlas’ kunnen onderzoekers en artsen longziekten nu beter begrijpen en behandelen.

De resultaten van dit onderzoek verschijnen vandaag in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Medicine. Onderzoeker Martijn Nawijn leidt dit onderzoek in het UMCG en werkt al jaren aan de plattegrond van de long. ‘In deze plattegrond hebben we alle data (gegevens) van alle beschikbare wetenschappelijke studies naar de cel-samenstelling van de long met kunstmatige intelligentie gecombineerd tot één dataset. Hierdoor kunnen we vergelijken welke cellen in de gezonde long voorkomen, maar ook hoe deze veranderen bij verschillende ziektes en welke overeenkomsten er zijn tussen de ziektes.’

Drie ziekten, één boosdoener

De onderzoekers ontdekten met deze plattegrond bijvoorbeeld één soort witte bloedcel, een bepaald type macrofaag, die in gezonde longen niet voorkomt, maar wel in longen van patiënten met longfibrose (littekens rondom de longblaasjes), longkanker en COVID-19. Bij alle drie de ziekten is er sprake van een fibrotisch ziekteproces: dat betekent dat er littekenweefsel wordt gevormd in de long. Macrofagen ruimen ziekteverwekkers op in het lichaam, maar laten hierbij dus littekenweefsel achter. Dit zorgt in de long voor veel problemen: het littekenweefsel is namelijk erg stijf en dit bemoeilijkt gasuitwisseling, wat nodig is bij ademhaling. Nawijn: ‘De ontdekking dat één soort cel betrokken is bij deze verschillende ziekten onthult een totaal andere manier van kijken naar longziekten, die mogelijkheden biedt voor nieuwe behandelingen. Onze bevindingen suggereren ook dat therapieën die voor de ene ziekte werken, mogelijk ook andere ziekten kunnen helpen verlichten.’

40 studies in één dataset met machine learning

In de plattegrond van de long bevinden zich 2.4 miljoen cellen van 486 verschillende mensen. De onderzoekers hebben eerst een plattegrond gemaakt van de gezonde long, met gegevens van de cel-samenstelling van longweefsel van meer dan 100 gezonde donoren uit 14 verschillende studies. De cellen zijn zorgvuldig gekarakteriseerd, daarbij vonden zij verschillen tussen dezelfde cellen die op een andere plaats in de long zitten. Ook zagen zij verschillen in tussen dezelfde cellen in de long van jonge of oude donoren. Na het maken van de plattegrond van de long, hebben de onderzoekers gegevens van meer dan 375 longen, zowel van gezonde mensen als van patiënten met longziekten zoals COVID-19, COPD, longfibrose en longkanker aan de plattegrond toegevoegd. ‘Hierdoor wordt het mogelijk om veranderingen in de cellen van een zieke long in groot detail in kaart te brengen en te vergelijken tussen verschillende ziektes’, vertelt Nawijn.

Veel potentie

Nawijn denkt dat de plattegrond van de long voor veel mensen nuttig kan zijn. ‘Onderzoekers kunnen het gebruiken om de effecten van verschillende ziekten in de long te vergelijken; het effect van veroudering te bestuderen; en om markers in kaart te brengen om het ziekteproces te volgen.’ Ook wil hij de plattegrond toegankelijk maken voor patiënten: ‘Op die manier hopen wij dat zij beter begrijpen wat er bij hun ziekte gebeurt en hierover praten met hun arts.’

Nawijn en zijn collega’s zijn ook al bezig met een volgende versie van de plattegrond: ‘Uiteindelijk willen we een referentie plattegrond maken, waarmee artsen een monster van de patiënt mogelijk kunnen vergelijken om de ziekte en de onderliggende mechanismen snel in kaart te brengen.’ Op deze manier kunnen artsen in de toekomst patiënten veel sneller en gerichter behandelen met een behandeling die is afgestemd op de patiënt.

Internationale samenwerking

De plattegrond van de long is tot stand gekomen door een grote internationale samenwerking van onderzoekers van het meer dan 40 instituten over de hele wereld en is gecoördineerd door onderzoekers van het Universitair Medisch Centrum Groningen, het onderzoekscentrum Helmholtz Munich en Northwestern University Feinberg School of Medicine uit Chicago.

The Human Cell Atlas

De plattegrond van de long is onderdeel van een groter project, 'The Human Cell Atlas', waarin onderzoekers elke cel in het menselijk lichaam in kaart willen brengen. Met als doel om menselijke gezondheid en het ontstaan, verloop en behandeling van ziekten beter te begrijpen. Dit is een internationale samenwerking die in 2016 is opgezet door onderzoekers Sarah Teichmann van het Wellcome Sanger Institute (Verenigd Koninkrijk) en Aviv Regev van het Broad Institute of MIT and Harvard (USA). Inmiddels werken meer dan 2.900 onderzoekers uit 94 landen samen aan het project.