stamcellen



Bekijk ook de korte informatieve film over stamcellen (a stem cell story)

Stamcellen


Onderstaande tekst is een vertaling uit het Engels van een fact sheet op de website van de Amerikaanse National Institutes of Health, de NIH. De volgende onderwerpen komen ter sprake:

stamcel· wat is een stamcel?
· hoe kom je aan pluripotente stamcellen?
· mogelijke toepassingen van pluripotente stamcellen
· adulte stamcellen
· hebben adulte stamcellen dezelfde mogelijkheden als pluripotente stamcellen?
· waarom concentreren we ons niet op onderzoek met adulte stamcellen?


Een verklaring van de dikgedrukte termen staat aan het einde van de tekst.
Dit najaar staat de behandeling van het nieuwe wetsvoorstel inzake handelingen met menselijke geslachtscellen en embryo´s op de politieke agenda. De CCMO heeft met een eventuele nieuwe embryowet te maken en volgt de ontwikkelingen dan ook op de voet.


Wat is een stamcel?

Stamcellen zijn lichaamscellen die onbeperkt kunnen delen en zorgen voor de aanmaak van gespecialiseerde cellen, zoals bijvoorbeeld hartspiercellen, rode bloedlichaampjes en huidcellen. Stamcellen spelen een hoofdrol bij de ontwikkeling van een mens.
De menselijke ontwikkeling begint op het moment dat een spermacel een eicel bevrucht en er één enkele cel ontstaat. Deze bevruchte eicel kan in principe uitgroeien tot een compleet mens en heet daarom totipotent. In de eerste uren na de bevruchting deelt de cel zich een aantal keer, waardoor meerdere totipotente cellen ontstaan. Fig.1

stamcel

Elk van deze cellen heeft de potentie om, na te zijn teruggeplaatst in de baarmoeder, uit te groeien tot een foetus. Eeneiige tweelingen zijn het directe resultaat van een natuurlijke scheiding van twee van zulke totipotente cellen. Deze tweelingen zijn twee genetisch identieke individuen. Ongeveer vier dagen na de bevruchting en na meerdere rondes van celdeling, beginnen de totipotente cellen zich te specialiseren, waarbij ze een soort holte vormen, de blastocyst. De blastocyst bestaat uit een buitenste laag cellen en een aantal cellen die zich in de holte bevinden, de zogenaamde binnenste celmassa.

De buitenste laag cellen ontwikkelt zich tot de placenta en de andere ondersteunende weefsels die bij de vorming van een embryo noodzakelijk zijn. Deze cellen maken geen deel uit van het eigenlijke embryo. Dat ontstaat uit de binnenste celmassa. De binnenste celmassa kan ieder celtype vormen dat zich in een menselijk lichaam bevindt, maar uit deze groep cellen alleen kan geen organisme ontstaan. Daarvoor zijn de buitenste cellen nodig. De binnenste celmassa is dan ook pluripotent: de cellen kunnen zich specialiseren tot vele, maar niet tot alle celtypen die nodig zijn voor de ontwikkeling van de foetus. In dit stadium zijn de cellen niet meer totipotent. Mocht de binnenste celmassa in de baarmoeder van een vrouw worden geplaatst, dan zal zich geen embryo ontwikkelen. De pluripotente cellen specialiseren zich verder tot stamcellen waaruit op hun beurt enkel nog cellen kunnen ontstaan met een meer specifieke functie. Voorbeelden van dergelijke stamcellen zijn bloedstamcellen die zich kunnen specialiseren tot rode bloedlichaampjes, witte bloedlichaampjes en bloedplaatjes; en huidstamcellen die zich kunnen specialiseren tot de verschillende typen huidcellen. Deze stamcellen heten dan ook multipotent. Fig.2

stamcelHoewel multipotente stamcellen van grote betekenis zijn bij de vroege menselijke ontwikkeling, spelen ze ook in kinderen en volwassenen vaak nog een grote rol. Een goed voorbeeld hiervan is de bloedstamcel. Bloedstamcellen bevinden zich in het beenmerg van ieder kind en elk volwassen mens, en in heel kleine hoeveelheden in de bloedbaan. Ze spelen een cruciale rol bij de voortdurende vernieuwing van de bloedcellen (rode bloedlichaampjes, witte bloedlichaampjes en bloedplaatjes) gedurende een mensenleven. Zonder bloedstamcellen zou een mens eenvoudigweg niet kunnen overleven.
.
Hoe kom je aan pluripotente stamcellen?
Tot nu toe is het gelukt menselijke pluripotente stamcellijnen op twee verschillende manieren in handen te krijgen. De hierbij toegepaste technieken zijn eerder ontwikkeld bij proefdieren.

1. Bij onderzoek onder leiding van dr Thomson waren pluripotente stamcellen direct geïsoleerd uit de binnenste celmassa van menselijke embryo's in het blastocyst-stadium. Deze embryo's waren afkomstig van IVF (in-vitrofertilisatie-)klinieken, waar ze over waren gebleven bij de IVF-behandeling, de zogenaamde rest-embryo's. Rest-embryo's worden tot stand gebracht om voor nageslacht te zorgen, niet om onderzoek mee te doen. De donors hadden voor het onderzoek met hun embryo's schriftelijk toestemming gegeven. Dr Thomson isoleerde de binnenste celmassa en bracht deze cellen in kweek, met als resultaat een pluripotente stamcellijn.
2. De groep van dr Gearhart isoleerde pluripotente stamcellen uit foetaal weefsel, afkomstig van afgebroken zwangerschappen. Ook hiervoor was schriftelijk toestemming verkregen van de donoren, nadat zij onafhankelijk van het onderzoek hadden besloten tot beëindiging van de zwangerschap. Dr Gearhart isoleerde cellen uit die gebieden van de foetus die zich zouden ontwikkelen tot de testes of ovaria.
Hoewel de cellen uit dr Thomsons en dr Gearharts lab afkomstig zijn van heel verschillend bronmateriaal, vertonen ze onderling toch veel gelijkenis. Fig.3

stamcel

Een derde manier voor de isolatie van pluripotente stamcellen is mogelijk het gebruik van somatische celkerntransplantatie. In dierstudies hebben onderzoekers hiervoor bij een normale dierlijke eicel de kern (met daarin het erfelijk materiaal) verwijderd. Wat overbleef van de eicel waren de voedingsstoffen en andere energieproducerende onderdelen die noodzakelijk zijn voor de ontwikkeling van een embryo. Vervolgens bracht men een somatische cel (elke lichaamscel behalve een eicel of spermacel) bij de ontkernde eicel, en werden de twee gefuseerd. Van de cel die van deze fusie het resultaat is, en van de eerstvolgende cellen na deling, verwacht men dat ze allemaal de potentie hebben uit te groeien tot een compleet dier; ze zijn dus totipotent. Zoals eerder beschreven vormen deze totipotente cellen na enkele delingscycli een blastocyst. Ook de cellen van de binnenste celmassa van deze blastocyst kunnen, in theorie, worden gebruikt voor het opzetten van pluripotente stamcellijnen. In feite is elke methode waarbij een menselijke blastocyst wordt gevormd een mogelijke bron van menselijke pluripotente stamcellen. Fig.4

stamcel

 
Mogelijke toepassingen van pluripotente stamcellen.

stamcelGeïsoleerde menselijke pluripotente stamcellen zijn van grote waarde voor de wetenschap. Op de eerste plaats zouden ze kunnen helpen bij het ontrafelen van de complexe processen die plaatsvinden gedurende de vroegste menselijke ontwikkeling. Een eerste stap daarbij is de identificatie van de verschillende factoren die betrokken zijn bij de processen die een rol spelen bij de celspecialisatie. Het is bekend dat voor dit proces het aan- en uitschakelen van genen een cruciale rol vervult, maar men weet niet veel over deze 'schakelgenen' of wat hen aan- of uitzet. Bepaalde ernstige ziekten, zoals kanker en sommige aangeboren afwijkingen, zijn het directe gevolg van abnormale celdeling en -specialisatie. Een beter begrip van de normale processen zou het mogelijk maken een beter beeld te krijgen van de fundamentele fouten die de oorzaak zijn van deze vaak dodelijke ziekten.

Onderzoek met menselijke pluripotente stamcellen zou daarnaast een aanzienlijke verandering betekenen van de wijze waarop nieuwe geneesmiddelen worden ontwikkeld en getest. Nieuwe medicijnen zouden bijvoorbeeld eerst op menselijke cellijnen getest kunnen worden. Gewone cellijnen (van bijvoorbeeld kankercellen) worden hier op het moment al voor gebruikt. Pluripotente stamcellen zouden het mogelijk maken op meerdere celtypen te testen. Natuurlijk kan dergelijk onderzoek nooit dienen als vervanging voor proefdierstudies en onderzoek met proefpersonen, maar het zou een welkome aanvulling zijn. Alleen die geneesmiddelen die veilig zijn bevonden en in cellijnen een gunstig resultaat lijken te hebben, zouden dan in aanmerking komen voor nader onderzoek bij proefdieren en proefpersonen.

Misschien de meest vérstrekkende potentiële toepassing van menselijke pluripotente stamcellen is de ontwikkeling van cellen en weefsels die zouden kunnen worden gebruikt voor de zogenaamde celtherapie. Veel ziekten en afwijkingen zijn het gevolg van een verstoorde celfunctie of beschadigde weefsels in het lichaam. Om deze cellen en weefsels te vervangen worden nu donororganen en weefsels ingezet. Het aantal mensen dat lijdt aan deze ziekten ligt echter veel hoger dan het aantal voor transplantatie beschikbare organen. Pluripotente stamcellen zouden, indien aangezet tot specifieke celspecialisatie, een oneindige bron zijn van te vervangen cellen en weefsels voor de genezing van een heel scala aan ziekten, inclusief de ziekte van Parkinson, Alzheimer, dwarslaesies, beroertes, hartziekten, suikerziekte, gewrichtsontstekingen en reumatische artritis. Er is bijna geen onderzoeksgebied denkbaar waar deze innovatie niet van grote betekenis voor zou zijn. Hieronder een tweetal voorbeelden.


1. De transplantatie van nieuwe hartspiercellen betekent hoop voor patiënten met chronische hartklachten wiens hart niet goed meer functioneert. Nieuwe hartcellen, afkomstig van menselijke pluripotente stamcellen, zouden in de aangetaste hartspier kunnen worden getransplanteerd om zo de hartfunctie te verbeteren. Onderzoek aan muizen en andere dieren heeft aangetoond dat gezonde hartspiercellen, getransplanteerd in het hart, met succes het hartweefsel vervangen en goed samenwerken met de overige cellen van de gastheer. Deze experimenten wijzen op de uitvoerbaarheid van dit type transplantatie. Bij mensen die lijden aan type-I diabetes is de productie van insuline door gespecialiseerde alvleeskliercellen, de zogenaamde eilandjes van Langerhans, verstoord. Er zijn aanwijzingen dat transplantatie van zowel de gehele alvleesklier als de afzonderlijke eilandcellen, leidt tot een afname van de insuline-injecties. Eilandcellijnen afkomstig van menselijke pluripotente stamcellen zouden nuttig kunnen zijn bij onderzoek naar diabetes en, uiteindelijk, voor transplantatie. Hoewel het onderzoek met menselijke pluripotente stamcellijnen veelbelovend lijkt, ligt er nog veel werk in het verschiet. Een aantal technische hobbels zal eerst genomen moeten worden voordat deze ontwikkeling in de praktijk kan worden toegepast. Deze hobbels, hoewel niet te verwaarlozen, zijn echter zeker niet onoverkomelijk.Op de eerste plaats is basaal onderzoek nodig om inzicht te krijgen in de cellulaire processen die leiden tot celspecialisatie in de mens, zodat men straks in staat is de pluripotente stamcellen te sturen in de gewenste cel- en weefseltypen voor transplantatie.

2. Ten tweede moet, voordat deze cellen voor transplantatie gebruikt kunnen worden, het probleem van de afstotingsreacties zijn opgelost. Menselijke pluripotente stamcellen, afkomstig van embryo's of foetaal weefsel, verschillen genetisch met die van de ontvanger. Toekomstig onderzoek zal zich daarom moeten concentreren op het wijzigen van menselijke pluripotente stamcellen om zo de kans op afstotingsreacties zo klein mogelijk te maken, of op het opzetten van weefselbanken met de meest voorkomende weefseltypeprofielen. Het gebruik van somatische celkerntransplantatie is een andere manier om het probleem van afstotingsreacties op te kunnen lossen. Neem bijvoorbeeld een patiënt met een progressieve hartkwaal. Met behulp van somatische celkerntransplantatie kan de kern van ongeveer elke somatische cel van die patiënt worden gefuseerd met een donoreicel waar de kern uit is verwijderd. Met de juiste stimulatie ontwikkelt de gefuseerde cel zich vervolgens tot een blastocyst. De cellen van de binnenste celmassa kunnen worden uitgenomen om een kweek van pluripotente stamcellen op te zetten. Uit deze kweek kunnen desgewenst hartspiercellen worden geïsoleerd. Bij transplantatie van deze hartspiercellen terug in de patiënt, vindt er naar verwachting geen afstoting plaats. Het leeuwendeel van de genetische informatie dat zich in de kern van de hartspiercellen bevindt, is immers genetisch vrijwel identiek aan die van de hartpatiënt. Hierdoor zal het gebruik van belastende afstotingsonderdrukkende medicijnen niet meer nodig zijn.

stamcel

Adulte stamcellen
Multipotente stamcellen treffen we ook aan in bepaalde weefsels bij volwassenen. Deze cellen zijn nodig om bepaalde onderhoudscellen met maar een korte levensduur in ons lichaam, voortdurend te verversen. Een goed voorbeeld van zo'n adulte stamcel is, zoals eerder gemeld, de bloedstamcel. Multipotente stamcellen zijn niet in alle adulte weefseltypen gevonden, maar er worden er steeds meer ontdekt. Zo dacht men bijvoorbeeld tot voor kort dat stamcellen niet in het volwassen zenuwstelsel voorkwamen. Maar recentelijk heeft men neuronale stamcellen weten te isoleren uit het zenuwstelsel van de rat en de muis. Bij de mens zijn de bevindingen tot nu toe beperkt gebleven. Men heeft neuronale stamcellen geïsoleerd uit foetaal weefsel en een soort cel, mogelijk een neuronale stamcel, weten te isoleren uit volwassen hersenweefsel van een epilepticus dat chirurgisch was verwijderd.

Hebben adulte stamcellen dezelfde mogelijkheden als pluripotente stamcellen?
Tot voor kort bestonden er in zoogdieren weinig aanwijzingen dat multipotente cellen zoals bijvoorbeeld bloedstamcellen, van koers zouden kunnen veranderen en bijvoorbeeld huidcellen zouden kunnen gaan maken. Recente dierstudies hebben deze visie echter op de helling gezet.
Bij dieren is aangetoond dat sommige adulte stamcellen, waarvan men eerst dacht dat zij zich slechts konden specialiseren in één bepaalde cellijn, in staat bleken zich ook in andere soorten gespecialiseerde celtypen te ontwikkelen. Recente experimenten met muizen bijvoorbeeld suggereren dat wanneer een neuronale stamcel wordt geplaatst in het beenmerg, deze een breed scala aan bloedceltypen gaat produceren. Studies met ratten hebben verder aangetoond dat stamcellen uit het beenmerg in staat blijken levercellen te maken. Deze opmerkelijke bevindingen suggereren dat zelfs als een stamcel de weg van specialisatie reeds is ingeslagen, deze onder bepaalde condities meer flexibel is dan men aanvankelijk dacht. Op dit moment is de flexibiliteit van adulte stamcellen echter alleen bij dieren aangetoond en daarbij bovendien beperkt gebleven tot een paar weefseltypen.

Waarom concentreren we ons niet op onderzoek met adulte stamcellen?
Onderzoek aan menselijke adulte stamcellen suggereert dat deze multipotente cellen in aanleg veel kunnen betekenen voor zowel het onderzoek als de ontwikkeling van celtherapie. Zo lijkt er bijvoorbeeld veel voordeel te halen uit het gebruik van adulte stamcellen voor transplantatiedoeleinden. Mochten we in staat zijn adulte stamcellen uit een patiënt te isoleren, de deling ervan te sturen in de gewenste richting en de gespecialiseerde cellen vervolgens terug te plaatsen in de patiënt, dan zijn afstotingsreacties niet te verwachten. Het gebruik van adulte stamcellen zou het gebruik van stamcellen afkomstig van menselijke embryo's of menselijk foetaal weefsel, zeker kunnen terugdringen en misschien zelfs wel kunnen voorkomen. Dit is een groot voordeel, daar het gebruik van dergelijk bronmateriaal bij veel mensen op ethische bezwaren stuit.

Adulte stamcellen lijken dus veelbelovend, maar er zijn beperkingen waarvan niet zeker is of er wat aan kan worden gedaan. Op de eerste plaats zijn bij volwassenen stamcellen niet uit alle weefsels van het lichaam geïsoleerd. Zo is men er bijvoorbeeld niet in geslaagd in mensen adulte hartstamcellen of stamcellen voor de eilandjes van Langerhans te isoleren. Daarnaast zijn adulte stamcellen meestal alleen in kleine hoeveelheden aanwezig, zijn ze moeilijk te isoleren en zuiver in handen te krijgen, en nemen hun aantallen in de mens waarschijnlijk alleen nog maar verder af met het klimmen der jaren. Zo zijn bij een volwassen mens de hersencellen die mogelijk neuronale stamcellen zouden kunnen zijn, alleen verkregen uit het verwijderde deel van de hersenen van een epilepticus, niet echt een gangbare procedure.

Om stamcellen van een patiënt zelf te kunnen gebruiken voor behandeling, moeten die stamcellen verder eerst worden geïsoleerd uit de patiënt en vervolgens in het lab in voldoende aantallen worden geproduceerd om behandeling mogelijk te maken. Voor sommige acute zieken ontbreekt de tijd voldoende cellen te kunnen kweken. Voor sommige andere ziekten, veroorzaakt door een genetisch effect, is de genetische fout reeds in de stamcellen van de patiënt aanwezig. De cellen van zo'n patiënt zijn ongeschikt voor transplantatie. Er zijn verder aanwijzingen dat stamcellen van volwassenen niet meer dezelfde delingscapaciteit hebben als jongere stamcellen. Tot slot hebben adulte stamcellen mogelijk sowieso al meer genetische afwijkingen, veroorzaakt door de levenslange inwerking van zonlicht en giftige stoffen, en door de fouten die ontstaan tijdens de celdeling. Al deze factoren zouden het mogelijke nut van adulte stamcellen kunnen beperken. Onderzoek naar de vroege stadia van celspecialisatie is waarschijnlijk niet eens mogelijk met adulte stamcellen. Zij hebben zich immers verder gespecialiseerd dan de pluripotente stamcellen. Een adulte stamcellijn is dan misschien in staat gebleken meerdere, mogelijk wel drie of vier weefseltypen te vormen, dit is geen bewijs dat adulte stamcellen pluripotent zijn. Het is dus niet aangetoond dat adulte stamcellen dezelfde brede potentie hebben als pluripotente stamcellen. Door het ontwikkelingspotentieel van adulte stamcellen te bestuderen en die te vergelijken met dat van pluripotente stamcellen, kan mogelijk bepaald worden welk bronmateriaal het meest geschikt is voor nieuwe behandelingen.

stamcel


Een blastocyt van vijf dagen oud. Onder in beeld de binnenste celmassa, waaruit de stamcellen worden geoogst. (bron: http://fertilitydoc.net/pictures.htm)
 
Verklarende woordenlijst

Blastocyst
stadium van een embryo waarin de cellen een holte vormen. Kiemblaasje
Cellijn
cel die in het lab in kweek is gebracht voor de productie van vele dochtercellen
Pluripotente cel
cel die in staat is een aantal weefsels van een organisme aan te maken
Rest-embryo
overtollig embryo bij een IVF-behandeling, tot stand gebracht met als doel een zwangerschap te bewerkstelligen
Somatische cel
elke lichaamscel anders dan een eicel of spermacel; de niet-geslachtscellen
Somatische celkerntransplantatie
het overbrengen van een celkern van een somatisch cel in een eicel waarvan de kern is verwijderd

Stamcel
cel die oneindig kan delen en gespecialiseerde cellen aan kan maken
Totipotente cel
cel die in staat is alle celtypen aan te maken. Cel die alle weefsels van een embryo aan kan maken, inclusief alle extra-embryonale membranen en weefsels, en alle postembryonale weefsels en organen

 "Hulpverleners of stamcellen."


Literatuur
· Michael Shamblott, et al, Derivation of pluripotent stem cells from cultured human primordial germ cells. PNAS, 95: 13726-13731, november 1998
· James Thomson, et al, Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282: 1145-1147, november 6, 1998




























Copyright © -2002-2014 S.V.S. | Disclaimer