Computermodel verklaart immuunreactie bij openhartchirurgie

11 oktober 2018

Een onderzoeksteam onder leiding van Peter Sloot, hoogleraar Complexe Adaptieve Systemen aan de UvA, heeft met behulp van een computermodel de mechanismen ontrafeld achter immuunreacties bij openhartchirurgie. Het team laat zien dat door middel van extra toegediende lichaamseigen enzymen, zogeheten alkalische fosfatasen, patiënten bij openhartchirurgie weer controle kunnen krijgen over hun immuunrespons. Klinisch blijkt dit tot een verrassend kortere hersteltijd te leiden en aanzienlijk hogere overlevingskans. Het onderzoek is gepubliceerd in het toonaangevende open access-tijdschrift ‘Frontiers in Immunology’.

Sinds de oorsprong van het leven op aarde zo'n 3.8 miljard jaar geleden proberen verschillende levensvormen zich op cellulair niveau te beschermen tegen indringers van buitenaf. Bij die eerste levensvormen en bij de mens van tegenwoordig worden aanvallen van bacteriën, schimmels en virussen afgeslagen door het aangeboren immuunsysteem. Door co-evolutie van het immuunsysteem en de vijandelijke indringers is in de loop van vele miljoenen jaren een uiterst complex, zeer reactief en efficiënt afweersysteem ontstaan. Er bestaan echter situaties waarin je zou willen dat het er minder reactief aan toe gaat. Bij bijvoorbeeld zware chirurgische ingrepen gaat het immuunsysteem in de overdrive door een buitengewoon heftige ontstekingsreactie te geven. Hierin speelt een specifieke groep enzymen, de alkalische fosfatasen, een verrassende rol. Zij zorgen voor het ‘ontgiften’, maar zijn er tegelijkertijd verantwoordelijk voor dat in ons lichaam barrières - zoals de darmbarrière en de bloed-hersenbarrière - goed blijven functioneren. Indien het ontgiften mislukt of de barrièrefuncties verloren gaan, treden complicaties op (in de vorm van die heftige reacties) met mogelijk desastreuze gevolgen. Sloot en zijn team hebben dit proces met behulp van een computermodel en klinisch onderzoek ontrafeld.

Beter voor de patiënt en voor de zorg

‘Het computermodel stelt ons in staat om voorafgaand en tijdens de operatie te voorspellen hoe de patiënt de aanval op zijn immuunsysteem zal ondergaan’, vertelt coauteur Ruud Brands, moleculair celbioloog aan de Universiteit Utrecht en president van Alloksys Life Sciences BV. ‘De behandelend cardiothoracaal chirurg kan dan proactief maatregelen nemen om de patiënt te behoeden voor verslechtering van zijn klinische conditie die ook op lange termijn louter negatief zal doorwerken. Dit is niet alleen beter voor de patiënt, maar het draagt op termijn ook bij aan een kostenbesparing in de gezondheidzorg.'

Een cascade van interacties

'Het was een lange, moeilijke weg', aldus Sloot, 'Het immuunsysteem is een waarlijk complex systeem, met een eindeloze hoeveelheid interacties en terugkoppelmechanismen, en vaak onvoorspelbaar gedrag dat zich op de grens beweegt tussen orde en totale chaos. Dit nieuwe computationele model is dan ook niet zomaar een algoritme dat je op een berg data loslaat. Integendeel, dit is een uiterst zorgvuldige eerste aanzet tot werkelijk diep begrip van de onderliggende processen. Het is te danken aan de inzet en volharding van het gehele team van computationele wetenschappers, biologen en wiskundigen dat we dit inzicht bereikt hebben.'

Publicatiegegevens

Alva Presbitero, Emiliano Mancini, Ruud Brands, Valeria V. Krzhizhanovskaya & Peter M.A. Sloot:  ‘Supplemented Alkaline Phosphatase Supports the Immune Response in Patients Undergoing Cardiac Surgery: Clinical and Computational Evidence’, in: Frontiers in Immunology (11 oktober 2018). https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02342

Gepubliceerd door  UvA Persvoorlichting