Disclaimer: This article was originally written for UKrant / Dutch version below

Transplant hearts, kidneys, or lungs from brain-dead donors often don’t work as well as organs from living donors. Tina Jager wants to find out why.

Transplant hearts, kidneys, or lungs from brain-dead donors often don’t work as well as organs from living donors. Tina Jager wants to find out why. 

Her experiences in Scotland left one hell of an impression. For her research on how to improve transplant kidneys, PhD candidate Tina Jager went to a farm in Edinburgh. She and her Dutch research colleagues, a Scottish surgeon, and his operating team went there to improve the quality of transplant kidneys from brain-dead donors. 

Not human kidneys, of course; after all, she went to a farm, not a hospital. ‘We compared the quality of kidneys in brain-dead and living pigs’, says Jager. That meant they had to actually make the pigs brain dead. ‘That was pretty intense’, she admits. ‘But the results were very illuminating.’

Brain dead

It was all for a good cause. 

As a student, Jager joined the Prometheus Kidney Team, a team of medical students that collected blood, urine, and small pieces of kidney tissue during kidney transplants. They would use the material in studies on organ donation. 

She’s been familiar with donor transplants since the start of her career; life-saving operations that, even when they do go off without a hitch, unfortunately can’t guarantee a functioning organ. Some patients end up back on the waiting list a few years after receiving a new organ.

We think the issues originate with the donor

The Dutch Kidney Foundation says that most transplant kidneys in the world are from brain-dead donors. Only 45 percent of those kidneys are still functioning after ten years. But when it comes to kidneys from living donors – half of all donations in the Netherlands – 65 percent still work after ten years. In short, they work a lot better. Why?

Attacks

Jager wanted to find a way to improve the performance of kidneys provided by brain-dead donors. To do this, she focused on the immune system, since that is often where the problem lies.

‘People who receive a transplant organ usually have to take medication’, she explains, ‘to ensure their immune system doesn’t attack the new organ. But we think the problems with the immune system start with the donor.’

In some brain-dead donors, the complement system, one of the systems that is supposed to sound the alarm in case of intruders, starts running amok. It goes off too often and the immune system becomes hyperactive, meaning it will attack everything and anything it encounters. This includes organs, which then become damaged even before they can be transplanted.

Scotland

It’s a tricky problem to solve. The immune system can’t be subdued too much, because then the body can’t protect itself from viruses and bacteria. It’s important to reach and maintain the correct level of immunity. To do that, you have to know how everything works together.

Organs from a single donor often travel to different hospitals all over Europe

‘Because a single donor can help multiple people, organs usually travel all over Europe to different hospitals.’ These kidneys aren’t kept on ice like they used to be; rather, they’re hooked up to a pump, Which supplied the organ with oxygen and nutrients through a cold liquid. The cold means the kidney goes into a kind of hibernation so it doesn’t get damaged as easily.

During their experiments in Scotland, Jager and her colleagues tried to improve the kidneys of brain-dead donors outside the body. These experiments inspired Jager to administer immune suppressants to the kidney outside the body using the pump.

Waiting list

So what if you used a warm liquid for that instead of a cold one? Theoretically, the kidney would function the same as under normal conditions. Doctors can also test the kidneys some more. It also means that any ‘questionable’ kidneys that do well when connected to the pump could still be transplanted.

That’s good news, because in 2019 alone, there were 1,200 people on the waiting list for a kidney transplant. People usually have to wait two or three years before receiving a new organ.

To test the impact of the warm liquid on the immune response, Jager once again used pig kidneys, since they most resemble human kidneys. She got these kidneys from the slaughterhouse, meaning no pigs died for that research.

Warm liquid

She hooked the kidneys up to a pump with warm liquid, oxygen, and a drug aimed at suppressing the complement system. ‘We didn’t manage to suppress the immune response entirely, but we did manage to slow it down. 

It’s a small drop in a huge ocean

Other than that, Jager focused on experiments using rats and mice. ‘In those animals, you can switch off one of the parts of the complement system at a time. You can then see the effect of that on the entire system.’

She found out, for example, that every organ most likely has its own ‘alarm suppressant’. ‘We saw that some suppressants did work on kidneys, but not on lungs.’ The liver, on the contrary, seems to thrive on an active complement system. 

‘A small piece of liver can grow into a fully functioning organ’, she explains. ‘The complement system potentially helps out by engaging active substances to clean up damaged pieces of liver and repairing bits.’

Jager isn’t done yet. The past three years of her research have not led to a ready-made solution to the immune problems. But she’s made important headway, she says. ‘It’s a small drop in a huge ocean.’

---

Hoe bescherm je een orgaan op transport?

Als je nieuwe hart, nier of long van een hersendode donor komt, is de kans groot dat het niet zo goed werkt dan een orgaan van een levende donor. Tina Jager wil weten hoe dat kan.

Vooral de ervaring in Schotland vond ze indrukwekkend. Voor haar onderzoek naar het verbeteren van de werking van donornieren reisde promovenda Tina Jager naar een boerderij in Edinburgh, Schotland. Ze ging daar met Nederlandse onderzoekscollega’s, een Schotse chirurg en zijn operatieteam aan de slag om nieren afkomstig van hersendode donoren te verbeteren. 

Niet met nieren van mensen, het was immers op een boerderij, niet in een ziekenhuis. ‘We hebben de kwaliteit van de nieren van hersendode en levende varkens vergeleken’, vertelt Jager. Daarvoor moesten die varkens nog wel eerst hersendood gemáákt worden. ‘Dat was natuurlijk heftig om te zien’, geeft ze toe. ‘Maar uiteindelijk waren de resultaten wel verhelderend.’

Hersendood gemaakt

En het was niet voor niets. 

Als student was Jager al lid van het Prometheus Nierteam – een team van geneeskundestudenten dat bloed, urine en kleine stukjes nierweefsel verzamelde bij niertransplantaties. Dat materiaal werd later gebruikt voor onderzoek naar orgaandonatie. 

Ze kwam dus al heel vroeg in haar carrière in contact met transplantaties. Levensreddende operaties, die helaas nog steeds niet altijd garantie bieden op een goed functionerend orgaan, zelfs als ze vlekkeloos verlopen. Een patiënt moet na een paar jaar soms toch opnieuw de wachtlijst op voor een nieuw orgaan.

We denken dat de problemen al beginnen bij de donor

Volgens de Nierstichting zijn wereldwijd de meeste nieren afkomstig van een donor die hersendood is. Slechts 45 procent van die nieren werkt na tien jaar nog steeds. Maar van de nieren van donoren die nog leven – in Nederland is dat de helft van de donaties – doet 65 procent het na tien jaar nog. Die doen het een stuk beter, dus. Waarom?

Aanvallen

Jager wilde ervoor zorgen dat de nieren van hersendode donoren ook beter zouden presteren. Om dat voor elkaar te krijgen, richtte ze zich op de werking van het immuunsysteem. Want daar gaat het vaak mis.

‘Degene die een orgaan krijgt, moet meestal medicijnen slikken’, legt ze uit, ‘om ervoor te zorgen dat het immuunsysteem het nieuwe orgaan niet aanvalt. Maar we denken dat de problemen met het immuunsysteem al beginnen bij de donor.’

Bij sommige hersendode donoren slaat namelijk het ‘complementsysteem’ – één van de onderdelen die alarm moet slaan als er indringers zijn – op hol. Dit gaat dan te vaak af en maakt het immuunsysteem overactief, waardoor het álles aanvalt wat het tegenkomt. Oók organen, die op die manier al beschadigd raken voordat ze überhaupt getransplanteerd worden.

Schotland

Het is lastig om hier iets aan te doen. Je wilt het immuunsysteem namelijk ook niet te veel afremmen, aangezien het lichaam dan niet voldoende beschermd is tegen virussen en bacteriën. Het is dus belangrijk om het immuunsysteem op het juiste niveau te krijgen en te houden. En daarvoor moet je goed weten hoe alle onderdelen met elkaar samenwerken.

Organen van één donor gaan vaak naar verschillende ziekenhuizen door heel Europa

‘Omdat één donor meerdere mensen kan redden, reizen organen vaak delen van Europa door naar verschillende ziekenhuizen.’ De nieren liggen dan meestal niet meer in het ijs, zoals vroeger, maar in plaats daarvan worden ze aangesloten op een pomp. Die voorziet via een koude vloeistof het orgaan van zuurstof en voedingstoffen. Door de kou gaan de nieren in een soort winterslaap, waardoor ze minder snel beschadigen.

Tijdens de experimenten in Schotland keken Jager en haar collega’s of ze de nieren van een hersendode donor buíten het lichaam konden verbeteren. Die experimenten inspireerden Jager om remmers niet toe te dienen als de donornier nog in het lichaam zit, maar buíten het lichaam, via de pomp dus.

Wachtlijst

Want wat nu als je daar een wárme vloeistof voor gebruikt? De nier blijft dan in theorie hetzelfde functioneren als in de normale situatie. Artsen kunnen de nieren ook nog extra testen. En een ‘twijfelachtige’ nier die het op de pomp toch goed doet, zou je dan alsnog kunnen plaatsen.

Dat is goed nieuws, want in 2019 alleen stonden er wel 1200 mensen op de wachtlijst voor een donornier. Gemiddeld moeten deze mensen twee tot drie jaar wachten tot ze een exemplaar kunnen krijgen.

Om de invloed van de warme vloeistof op de immuunreactie te testen, gebruikte Jager opnieuw varkensnieren. Die lijken namelijk het meest op menselijke nieren. Deze kwamen overigens bij het slachthuis vandaan, zodat er geen varkens hoefden te sterven voor het onderzoek.

Warme pomp

Ze sloot de varkensnieren aan op een pomp met warme vloeistof, zuurstof en een middel dat een deel van het complementsysteem moest afremmen. ‘We slaagden er niet helemaal in om de immuunreactie volledig te onderdrukken, maar we konden hem wel remmen’, zegt ze tevreden. 

Het is een heel klein beetje, op de grote stapel

Verder concentreerde Jager zich vooral op proeven met ratten en muizen. ‘Daarbij kun je steeds één van de onderdelen van het complementsysteem uitschakelen. En dan zie je beter wat het effect ervan is op het hele systeem.’

Lever

Zo ontdekte ze dat ieder orgaan waarschijnlijk zijn eigen ‘alarmrem’ heeft. ‘We merkten dat bepaalde remmers bij de nieren wel effect hadden, maar bij de longen niet.’ De lever daarentegen lijkt juist te profiteren van een actief complementsysteem. 

‘Een klein stuk lever kan uitgroeien tot een voldoende werkend orgaan’, legt ze uit. ‘En het complementsysteem helpt dan mogelijk, door werkzame stoffen in te schakelen om beschadigde stukken lever op te ruimen en reparaties te starten.’

Klaar is Jager nog niet. In de afgelopen drie jaar onderzoek heeft ze namelijk nog geen pasklare oplossing gevonden voor het immuunprobleem. Maar er zijn wel belangrijke stappen gezet, vindt ze. ‘Het is een heel klein beetje, op de grote stapel.’