Waarom ontwikkelt de ene stamcel zich tot hersencel, en wordt de ander een spiercel? Een nieuw onderzoek brengt ons weer een stapje dichterbij het antwoord.
Wat precies het lot van onze cellen bepaalt, is nog altijd niet helemaal duidelijk. Een onderzoek aan de Rockefeller-universiteit in New York schijnt nieuw licht op de achterliggende mechanismen van deze ‘lotbepaling’. Mogelijk draagt het onderzoek bij aan de ontwikkeling van nieuwe behandelingen binnen de regeneratieve geneeskunde. De resultaten werden gepubliceerd in Nature.
Organizers
Dat embryonale stamcellen zich tot elk van onze cellen – bot, brein, long, lever – kunnen ontwikkelen, wist men al enige tijd. Ook was bekend dat bij amfibieën en vissen een speciale groep cellen, zogenaamde ‘organizers’, een leidende rol hebben in dat proces. Met behulp van moleculaire signalen dirigeert die groep hoe andere cellen zich moeten ontwikkelen. Als zo’n amfibieën- of vissenorganizer van het ene naar het andere embryo wordt getransplanteerd, zet het zijn nieuwe ‘gastheer’ aan tot het maken van een tweede wervelkolom en zenuwstelsel – compleet met ruggemerg en brein.
Vanwege de ethische richtlijnen rondom experimenten met menselijke embryo’s, wist men niet of een dergelijke groep ‘organizercellen’ ook in de mens bestond. Om dit uit te zoeken, voerden de onderzoekers, onder leiding van Ali H. Brivanlou, een reeks experimenten uit op cellen afkomstig uit menselijke embryo’s. Hoewel de kleine clusters van de in het lab gegroeide stamcellen ver afstaan van de ‘real deal’, kunnen ze in principe veel van de cellen en weefsels vormen die voorkomen in de echte menselijke embryo’s.
Kippenembryo
Er zijn drie verschillende ‘paden’ (pathways) die vroege embryonale ontwikkeling drijft in dieren zoals muizen en kikkers. Door díe paden te activeren in de kunstmatige menselijke embryo’s kon het team in een kweekschaaltje laten zien dat dezelfde moleculaire signalen ook de ontwikkeling in menselijke cellen aanzetten. In de juiste volgorde zorgden de signalen er zelfs voor dat de kunstmatige embryo’s hun eigen ‘organizercellen’ aanmaakten.
Cellen gedragen zich in een kweekschaaltje anders dan in een echt embryo. Daarom transplanteerden de onderzoekers de menselijke stand-in, in een echt kippenembryo. Eenmaal in de nieuwe gastheer begonnen de menselijke cellen met de aanleg van een tweede wervelkolom en zenuwstelsel. Volgens de onderzoekers hét teken van de aanwezigheid van een echte, menselijke ‘organizercellen’. De oorsprong van de nieuwe weefsels, verraste het team nog meer. Het weefsel dat uiteindelijk de wervelkolom zou vormen, bestond volledig uit menselijke cellen, terwijl het zenuwweefsel enkel gemaakt bleek van kippencellen.
Onderstaand filmpje toont de menselijke organizercellen (gehighlight):
Bewaard
Volgens de onderzoekers betekent dit dat zowel deze ‘lotbepaling’ in dierelijke cellen als de moleculaire signalen die daarbij worden gebruikt, behouden zijn gebleven ondanks al die honderden miljoenen jaren evolutie. “Als je een menselijke ‘organizer’ in een kippenembryo zet, is de taal die gebruikt wordt om de ontwikkeling van het brein en zenuwstelsel in gang te zetten, exact hetzelfde als de taal in amfibieën en vissen”, vertelt Brivanlou in een persbericht.
Toekomst
“In deze elegante studie van het Brivanlou-lab hebben onderzoekers aangetoond dat humane embryonale stamcellen een primitiefstreep op identieke wijze als vogels en muizen kunnen maken”, vertelt moleculair stamcelbioloog Harald Mikkers (LUMC). “Daarbij laat deze studie voor het eerst de mogelijkheden zien van mens-kip-embryo’s om bepaalde stadia in de vroege humane embryonale ontwikkeling te onderzoeken”, gaat de wetenschapper verder.
Het begrip van hoe stamcellen eindigen als specifiek weefsel vormt een belangrijke bouwsteen binnen de regeneratieve geneeskunde, besluit Mikkers. Deze tak van de geneeskunde baseert zijn werking op stamceltechnologie voor het herstel of zelfs de vervanging van falend weefsel.
Bronnen: EurekAlert!, Nature
Lees ook:
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!