IBD is een complexe en heterogene ziekte, met een moeilijk te voorspellen ziektebeloop. Om een optimale behandelstrategie te bepalen voor iedere individuele patiënt, zijn dringend meer biomarkers nodig. Daarom wijdde Arno Bourgonje zijn promotieonderzoek aan het identificeren, toepassen en valideren van nieuwe biomarkers. De uitkomsten zijn veelbelovend; hij heeft verscheidene nieuwe biomarkers op het oog, waaronder één die de mate van ziekteactiviteit mogelijk nog beter kan weergeven dan de huidige biomarker fecaal calprotectine. Bourgonje verdedigde op woensdag 1 februari 2023 zijn proefschrift in het openbaar aan de Rijksuniversiteit Groningen.
In zijn onderzoek heeft Bourgonje potentiële biomarkers gezocht in verschillende biologische systemen en -mechanismen van het menselijk lichaam die betrokken zijn bij IBD. Eén van die mechanismen is oxidatieve stress. Bourgonje: ‘Bij veel ziekten, waaronder IBD, is er sprake van oxidatieve stress. Dan is er een disbalans tussen de productie van vrije zuurstofradicalen en de beschermende werking die uitgaat van antioxidanten.’ Bourgonje deed onderzoek naar een veelbelovende biomarker voor oxidatieve stress in het lichaam: het gehalte aan vrije thiolen in het bloed. ‘Vrije thiolen in het bloed beschermen tegen oxidatieve stress doordat ze instabiele moleculen als het ware “neutraliseren”, legt hij uit. ‘Hoge concentraties van vrije thiolen in het bloed zijn in het algemeen gunstig te noemen, terwijl lagere concentraties een aanwijzing kunnen zijn voor oxidatieve stress.’ In een grote cohortstudie heeft Bourgonje eerst aangetoond dat vrije thiolen het optreden van hart- en vaatziekten en sterfte nauwkeurig kunnen voorspellen. Bourgonje: ‘Hiermee is het bewijs geleverd dat vrije thiolen nuttig kunnen zijn als biomarkers voor zowel cardiovasculaire als algemene gezondheid.’ Vervolgens heeft hij gekeken of vrije thiolen ook aangetast zijn bij patiënten met IBD en of deze verband houden met ziekteactiviteit. Dat bleek het geval. Bourgonje: ‘Patiënten met IBD blijken aanzienlijk lagere concentraties vrije thiolen in het bloed te hebben dan gezonde personen, zelfs wanneer ze geen klachten hebben. Dat wijst op de aanwezigheid van oxidatieve stress. Bovendien gingen lage concentraties van vrije thiolen gepaard met verhoogde concentraties van ontstekingsmoleculen, wat een mogelijke relatie met ziekteactiviteit suggereert.’
‘Patiënten met IBD blijken aanzienlijk lagere concentraties vrije thiolen in het bloed te hebben dan gezonde personen, zelfs wanneer ze geen klachten hebben’
Vrije thiolen als nieuwe biomarker?
Vervolgens heeft Bourgonje onderzocht of vrije thiolen ook samenhangen met endoscopisch waarneembare ziekteactiviteit bij IBD. Dat bleek het geval. Hij licht toe: ‘Vrije thiolen kunnen nauwkeurig onderscheid maken tussen patiënten met milde en patiënten met matig-ernstige endoscopische ziekteactiviteit. In deze studie zelfs beter dan fecaal calprotectine, dat nu veelal wordt gebruikt in de kliniek. Fecaal calprotectine geeft minder goed de mate van ziekteactiviteit aan. Het is hoog of laag, waarbij bij hoge waarden vaak sprake is van ontstekingen in de darmen. Bij vrije thiolen is het resultaat minder zwart-wit: hoe lager de waarde, hoe meer ziekteactiviteit en dat is wat je bij IBD graag wilt weten.’ Deze bevindingen benadrukken volgens hem het klinisch potentieel van vrije thiolen als nieuwe biomarker bij IBD. Toch is het zover nog niet. Bourgonje: ‘Eerst moeten vrije thiolen nog gevalideerd worden bij andere patiëntengroepen en ook uit andere landen. Op dit moment zijn we bijvoorbeeld in samenwerking met een universiteit in Australië bezig om in een zeer grote groep Australische patiënten met IBD hetzelfde onderzoek te herhalen. Ook is er nu al een samenwerking gestart met Universiteit Twente voor het ontwikkelen van een ‘lab-on-a-chip’, waarbij met slechts één druppeltje bloed de concentratie van vrije thiolen in het bloed bepaald kan worden. Dit zou uiteindelijk in een soort vingerpriktest geïntegreerd kunnen worden. Er zal nog jaren van ontwikkeling voor nodig zijn, maar uiteindelijk is het doel dat patiënten in de toekomst thuis met een vingerprik kunnen meten hoe het staat met hun ziekteactiviteit. Deze benadering wordt door veel patiënten gewaardeerd: ze zijn actiever betrokken bij hun behandeling en hoeven niet direct naar het ziekenhuis te komen voor bloed- of ontlastingsonderzoek.’
‘Uiteindelijk is het doel dat patiënten in de toekomst thuis met een vingerprik kunnen meten hoe het staat met hun ziekteactiviteit’
Antilichamen in het bloed
Een ander onderdeel van het lichaam waarin Bourgonje op zoek is gegaan naar biomarkers, is het immuunsysteem. Daar ontdekte hij de potentie van antilichamen in het bloed als biomarker voor de ontwikkeling van IBD. Bourgonje: ‘Er zijn tegenwoordig zeer geavanceerde technieken beschikbaar om het menselijk antilichaamrepertoire in kaart te brengen. Hiermee heb ik unieke patronen van antilichamen waargenomen bij patiënten met IBD in vergelijking met gezonde mensen. Met slechts een selectie van tien antilichamen konden patiënten met IBD al nauwkeurig worden onderscheiden van gezonde mensen.’ Vervolgonderzoek met data van Lifelines staat al in de steigers. Lifelines verzamelt elke 5 jaar gezondheidsdata en bloedmonsters van mensen uit Noord-Nederland. Bourgonje: ‘We willen nu terug gaan kijken in het bloed van mensen die IBD hebben ontwikkeld. Kunnen we in het bloedmonster van 15 jaar voor de diagnose bijvoorbeeld met een antilichamentest al voorspellen dat iemand IBD krijgt?’ Als dat het geval is, kan het volgens Bourgonje snel gaan: ‘Er zijn al veel antilichamentesten beschikbaar, dus het is een relatief eenvoudig ontwikkelproces om er een nieuwe test van te maken die in de kliniek gebruikt kan worden.’ Dat zal naar verwachting een test zijn waarin verschillende antilichamen worden gemeten. Bourgonje: ‘Er is niet één heilige graal wat betreft antilichamen als biomarker; waarschijnlijk geeft straks een unieke en diagnose-specifieke combinatie van antilichamen het meest accurate beeld.’ Bourgonje vindt dit onderdeel het meest veelbelovende uit zijn proefschrift en schat de kans groot in dat er uiteindelijk een antilichamentest wordt ontwikkeld voor IBD. ‘Daarmee zou je dan in een vroeg stadium in de algemene bevolking kunnen screenen wie in de toekomst IBD gaat ontwikkelen’, zo speculeert hij. ‘Je kunt dan eerder starten met behandeling, of juist preventief ingrijpen door met de juiste leefstijl en voeding proberen de ziekte te voorkomen, of in ieder geval het ontstaan ervan te vertragen.’
‘Er is niet één heilige graal aan biomarkers; waarschijnlijk geeft een combinatie van antilichamen het meest accurate beeld.’
Biomarkers voor fibrose
Een ander ziektemechanisme waarin Bourgonje biomarkers heeft gezocht, is fibrose, het proces van verlittekening van de darm. Bourgonje: ‘Fibrose is verantwoordelijk voor vernauwingen, verstijvingen en fistelvorming in de darm. Dit zijn heel vervelende en vaak voorkomende complicaties bij patiënten met de ziekte van Crohn. We kunnen momenteel slecht voorspellen welke patiënten er last van krijgen. Er is daarom een urgente behoefte aan biomarkers die fibrose kunnen voorspellen.’ In zijn onderzoek ontdekte Bourgonje potentiële biomarkers voor fibrose. Het gaat om verschillende eiwitten die betrokken zijn bij de vorming en afbraak van collageen. Bourgonje: ‘Collageen is een belangrijke bouwsteen van het darmweefsel. Drie verschillende collageen-eiwitten blijken zeer nauwkeurig de aanwezigheid van vernauwingen en fistels in de darmen aan te kunnen geven bij patiënten met de ziekte van Crohn.’ Vervolgonderzoek in Lifelines moet nu uitwijzen of deze biomarkers ook fibrose kunnen voorspellen. Bourgonje: ‘Stel dat we in de toekomst fibrose bij patiënten met de ziekte van Crohn kunnen voorspellen. Dan zou je bij die patiënten de huidige therapie zodanig kunnen aanpassen met als doel de uiteindelijke ontwikkeling van fibrose te vertragen dan wel te voorkomen.’ Bourgonje is zelf ook betrokken bij het opzetten en uitvoeren van vervolgonderzoek naar aanleiding van zijn promotie. Hij heeft tot de zomer van 2023 een aanstelling als postdoctoraal arts-onderzoeker in het Universitair Medisch Centrum Groningen (UMCG). Daarna zal hij zijn postdoctoraal onderzoek voortzetten aan de ”Icahn School of Medicine at Mount Sinai” in New York, de Verenigde Staten.
‘Collageen-eiwitten blijken zeer nauwkeurig de aanwezigheid van vernauwingen en fistels in de darmen aan te kunnen geven bij patiënten met de ziekte van Crohn’