de triomf van het embryo

UNIVERSITEIT DERDE LEEFTIJD
DE TRIOMF VAN HET EMBRYO
DANNY HUYLEBROECK
1 maart 2005
1. Situering
Na de kennissprong in de chemie en de toepassing ervan in de industrie, gevolgd door de spectaculaire
vooruitgang in de gezondheidszorg, beleven we volop die van de biologie. Die is te danken aan de technische
mogelijkheden die de moleculaire biologie biedt. Als gevolg hiervan zal de biologie gedomineerd blijven door een
moleculaire aanpak, die nu nog vergroot door onze kennis van het ganse genoom van een groeiend aantal planten diersoorten. De vooruitgang moet nu komen van de integratie van de kennis uit verschillende disciplines
(zoals celbiologie, genetica, biochemie, recombinant DNA technologie, embryologie en moleculaire biologie), en
de vertaling ervan in nieuwe toepassingen in de geneeskunde.
De stelling, die hier naar voor wordt gebracht en geïllustreerd, is dat de oplossing hiervoor zou kunnen
komen uit studies van de ontwikkeling van embryo’s. Het observeren en bestuderen van de ontwikkeling van een
bevruchte eicel over embryo tot foetus zal blijven fascineren. Met de kennis van de mechanismen van de perfecte
sturing van embryonale ontwikkeling kwamen de voorbije 15 jaar niet alleen de in verschillende diermodellen
sterk bewaarde processen en hun principes aan het licht. Reeds bestaande toepassingen van deze kennis in de
in vitro fertilisatie kliniek en de diagnostiek van erfelijke afwijkingen zullen aangevuld worden met behandeling
van orgaanbeschadiging door celtherapie en met betere inzichten in chronische ziektes, van fibrose tot kanker.
2. Het embryo is fascinerend en een subliem architect
Samen met onze pogingen om te proberen te begrijpen hoe onze hersenen werken, is de ontwikkeling van het
embryo één van de meest opwindende vragen in de moderne biologie. Hier is het probleem hoe één enkele cel,
de bevruchte eicel, een volledig dier kan vormen. De sleutel blijkt te liggen in het feit dat onmiddellijk na de
bevruchting het ééncellig embryo deelt in meerdere cellen die in die zeer vroege fase nog altijd aanleiding
kunnen geven tot alle gespecialiseerde celtypes van het embryo en het volwassen dier. Deze cellen, met een
zelfvernieuwingscapaciteit (self-renewal) en een onbegrensd ontwikkelingspotentieel (totipotentie), zijn de
stamcellen van het embryo. Zij kunnen in zeer vroege embryo’s van modeldieren zoals kikker en muis
getransplanteerd worden naar een andere locatie zonder dat ze hun ontwikkelingspotentieel verliezen, en zij
zullen zich aanpassen aan hun nieuwe locatie. Kort na deze zeer vroege ontwikkelingsfase liggen subtiele
verschillen in hoe het genetisch materiaal wordt uitgedrukt in vroege embryonale cellen aan de basis van
communicatie (door middel van signalen, of de remming ervan) van de ene celgroep met de andere celgroep. Het
nettoresultaat hiervan, en cruciaal voor embryonale ontwikkeling, is dat die ene celgroep het lot van die andere
celgroep zal sturen, en terzelfdertijd ook dikwijls het ontwikkelingspotentieel ervan onomkeerbaar zal beperken
(de cellen kunnen echter nog altijd stamcelkarakter hebben, maar zijn dan slechts pluripotent).
Indien een embryo dit principe van inductie van celdiversiteit meerdere keren herhaalt, en simultaan ook
de inducerende celgroep in het embryo laat migreren, zodanig dat deze groep voor het eerst kan communiceren
met een groep die zich voordien niet in de nabijheid bevond, dan kan dit opnieuw aanleiding geven tot meer
gespecialiseerde (gedifferentieerde) celtypes, en dit, bij wederzijds gebruik van dit principe, in beide celgroepen.
Door dit principe van uitgekiende cel-cel communicatie en celspecialisatie te herhalen en, inderdaad als architect,
cellen – soms ingrijpend – te herschikken, is een embryo met slechts een primitief bouwplan in staat om diverse
stamcellen voor gewenste celtypes aan te leggen op het juiste moment en de juiste plaats. Dit geldt bij voorbeeld
voor toekomstigee hartspiercellen, en cellen van het zenuwstelsel en het spijsverteringsstelsel, en hun ligging en
later lot is voor een aantal hiervoor optimaal geschikte modeldieren en bepaalde ontwikkelingsstadia goed in
1
kaart gebracht. De combinatie van de hoger vermelde principes geldt ook voor latere fasen van de embryonale
ontwikkeling en plaatsen in het embryo. Twee voorbeelden hiervan zijn de afwerking van de organen en de
aanleg van de extremiteiten (poot, vleugel, arm, been). De identificatie en studie van celgroepen, die het lot van
naburige cellen in een vroeg en laat embryo sturen, gaat sinds de ontdekking van de eerste ervan (in 1924!)
uiteraard nog altijd ononderbroken door. Dit zal geïllustreerd worden aan de hand van historische maar ook
recente voorbeelden.
3. De ontwikkeling van een embryo is strikt gecontroleerd
Slechts een verrassend klein aantal mechanismen bestaan om embryo’s en de verschillende structuren ervan
perfect te laten ontwikkelen: een perfecte mix van celvermenigvuldiging (proliferatie), gerichte celdood
(apoptosis), sturing van de specialisatie (specificatie en differentiatie) en migratie van cellen binnen het embryo,
en de bijdrage tot de vorming van een weefsel of structuur waarin de cellen zijn geordend (patroonvorming), en in
de late fase de echte toename van de afmeting (groei) van het embryo, zijn in de evolutie strikt bewaard en strikt
genetisch gestuurd. Ongeacht de diermodellen (vlieg, worm, vis, kikker, kip en muis worden het meest gebruikt),
en de sterke grootte- en vormverschillen tussen enerzijds eicellen en anderzijds embryo’s, worden dus eerst en
vooral deze principes universeel gebruikt.
Om inzicht te verkrijgen in de strikte genetische en dus moleculaire controle van de embryonale
ontwikkeling, stelt dit onderzoeksveld momenteel vooral de vragen: wat is de moleculaire identiteit van de eiwitten
(en de ervoor coderende genen) die hierbij zorgvuldig moeten worden gereguleerd en zelfs gedoseerd? Hoe
herkennen de cellen deze eiwitten met signaalfunctie, en hoe worden de signalen verwerkt (signaaltransductie)?
Is de reactie van de cellen op deze signalen slechts een tussenstap naar het verwerven van een nieuw lot of is er
zelfs een weg terug? Wat gaat er mis als één signaal of de verwerking ervan helemaal (b.v. in een knockout
muis) wordt uitgeschakeld, of slechts uitgeschakeld in een bepaald celtype (in de muis door weefselspecifieke
knockout)? Worden deze signalen en hun verwerking opnieuw gebruikt bij latere processen, zowel in het embryo
als in het volwassen dier, bij voorbeeld bij weefselherstel? Is er iets mis met deze signalen en/of hun verwerking
bij chronische ziekte, zoals kanker, of bij aangeboren afwijkingen bij de mens? Eén feit is zeker: ongeacht de
natuur van de inducerende signalen, worden ze herkend door cellen of embryonale weefsels van zeer
verschillende diersoorten. Dit betekent dat die signalen zijn bewaard in de evolutie. Embryologen springen
daarom voor hun moleculaire studies dikwijls van modeldier naar modeldier. Daarom worden deze modeldieren
kort voorgesteld in deze les.
Elk modeldier heeft specifieke voor- en nadelen, inclusief toegankelijkheid (inbegrepen de grootte en
aantallen embryo’s) en de mogelijkheid tot toepassing van genetica. Momenteel worden vooral de vlieg (het
banaanvliegje Drosophila melanogaster), worm (de nematode Caenorhabiditis elegans), zebravis (Brachydanio
rerio), kikker (in feite de padden Xenopus laevis – de Afrikaanse klauwpad – en X. tropicalis), en kip en muis
gebruikt. De zebravis (in Europa en de V.S.; in Japan wordt vooral geïnvesteerd in onderzoek op de medakavis)
is een recente toevoeging aan het selecte lijstje van gewervelde modeldieren. Grote kolonies van dit visje zijn
gemakkelijk in stand te houden, de embryo’s zijn doorzichtig, en celdeling en -migratie kunnen gemakkelijk
worden gedocumenteerd, en deze vis heeft een groot potentieel for genetisch onderzoek. Een groot voordeel van
de Xenopuspad is dat de bevruchte eicellen zeer gemakkelijk in vitro kunnen worden bekomen, de embryo’s
ontwikkelen in een eenvoudig zoutoplossing in het lab en door hun grootte toegankelijk zijn voor transplantaties
van celgroepen of weefsels. Verder zijn de embryo’s opnieuw door hun grootte, net zoals zebravis embryo’s,
toegankelijk voor injectie van mRNA (dat de efficiënte aanmaak van grote hoeveelheden erdoor gecodeerd eiwit
in de embryo’s stuurt) of oligonucleotiden die de activiteit van een bepaald mRNA kunnen neereguleren en zelfs
volledig neutraliseren. Ook wordt recent technologie ontwikkeld om vooral de (diploïde) kikker X. tropicalis aan te
wenden als genetisch systeem, opnieuw gelijkaardig aan zebravis.
De muis is altijd bij uitstek een geschikt en klassiek genetisch systeem geweest, maar het embryo blijft
uiteraard zeer moeilijk te bestuderen omdat het volledig ontwikkelt in de moeder. Meerdere mutaties die de
embryonale ontwikkeling verstoren, werden bij de muis geïdentificeerd, en bovendien werden transgene
technieken ontwikkelt om muizen genetisch te wijzigen. Het blijft het beste experimentele model om
zoogdierontwikkeling te bestuderen, inclusief de ontwikkeling van de mens.
2
4. Genen in cellen van belangrijke centra controleren de embryogenese: enkele voorbeelden
4.1. Het ingewikkeld gebouwde hart van gewervelde dieren
De vroege en de late fasen van de ontwikkeling van het hart van gewervelde dieren worden in diverse
modeldieren bestudeerd omdat vele dysfuncties van het hart van de mens, ook op latere leeftijd, terug te brengen
zijn tot mutaties die, zoals blijkt uit studies van modeldieren, reeds gevolgen hebben voor de aanleg van het hart
in het embryo. De groeifactoren die in het embryo toelaten op de juiste plaats en ogenblik de hartvoorlopercellen
te specifiëren, maar die later in datzelfde hart opnieuw belangrijk zijn (en dus hergebruikt worden) voor b.v. de
signalisatie vanuit hartspiercellen om de cellen van het hartkussen om te vormen in kleppen, en deze laatste
bovendien op de correcte plaats in te planten, zijn meer en meer gekend. Merkwaardig genoeg is alvast, in alle
bestudeerde modeldieren, één van deze groep groeifactoren ook die groep (de been morfogenetische proteïnes
of BMPs) die van therapeutisch belang is in het herstel van harde weefsels, zoals (gebroken) beenderen, maar
ook van andere zachte weefsels (zoals bij nierischemie).
4.2. Arm en been op de juiste plaats, en met de juiste vingers
Onze ledematen hebben vingers of tenen aan één eind, en een opperarm of dijbeen aan het andere eind,
en dus ook geen vingers of tenen ergens tussen die twee einden in. De verschillen tussen handen en voeten zijn
in feite subtieler dan men denkt, maar wel overduidelijk: indien onze vingers zouden vervangen zijn door tenen,
dan zouden we de gevolgen wel ervaren. Maar bedenk dan even hoe gelijkend de beenderen in de hand zijn met
die in de voet, zij hebben een gelijkaardig patroon. En die vergelijking gaat bovendien op met vele diersoorten, of
ze armen en benen, vleugels en poten, of vinnen hebben. En dan de handen: haren bevinden zich op de rug van
de hand, niet op de palm van de hand. Een vogel heeft bovenop de vleugel grotere veren in vergelijking met de
onderkant. Bekijk tenslotte de groei van onze ledematen. Onze ene voet is nagenoeg even groot als onze andere
voet, en hetzelfde geldt voor onze handen. Dus, na ongeveer 20 jaar van groei, zijn respectievelijk voeten en
handen even groot. Dit banaal fenomeen is voor embryologen een fascinerend probleem. Hoe kan groei zo
merkwaardig gereguleerd zijn? Hoe komt het dat we slechts vier extremiteiten hebben, en geen zes? Hoe komt
het dat onze hand vormt aan één eind van de extremiteit en niet elders? Hoe komt het dat onze pink aan één
kant van onze hand staat, en onze duim aan de andere? Hoe komt het dat armen anders groeien en eruit zien
dan benen? Veel van deze vragen gaan over patroonvorming in het embryo, en de aanleg van de extremiteiten in
de flank van een embryo, en hun verdere ontwikkeling, is bij uitstek een uitstekend studiemodel hiervoor. Het
gaat dus over hoe embryonale cellen er in slagen een in de ruimte geordende structuur te vormen met
gedifferentieerde cellen, hier best af te lezen aan de hand van de kraakbeenderen die zich vormen vanuit losse
bindweefselcellen (mesenchym) in twee extremiteitenknoppen op elke flank van het embryo.
Het antwoord ligt hoogstwaarschijnlijk in het feit dat elk van deze cellen perfect haar positie kan meten ten
opzichte van de verschillende signalisatiecentra, en wellicht daardoor perfect differentieert tot – in het embryo – in
het gewenste (kraak)been op de juiste plaats en met de juiste vorm. Het antwoord op deze vragen ligt – op basis
van soms spectaculaire experimenten in vooral kip- en muisembryo’s – in drie signalisatiecentra die in de
extremiteitenknop actief zijn, en de interpretatie van deze signalen door de cellen die kraakbeen moeten vormen.
De kennis hiervan is cruciaal geweest voor het begrijpen van ledemaatmisvormingen (inclusief extra vingers, of
gefusioneerde vingers) bij de mens. Niet alleen mutaties in groeifactoren en hun receptors, en de componenten
van hun signaaltransductiecascade, kunnen leiden tot deze misvormingen. Ook mutaties in de genen (de Hox
genen) die coderen voor de eiwitten die betrokken zijn bij de volgende stappen van de interpretatie van deze
signalen, liggen direct aan de basis van deze misvormingen. Dikwijls hebben deze patiënten ook afwijkingen in
andere systemen.
5. Groeifactoren en de interpretatie van hun actie
De grootste moeilijkheid ligt, ook voor de embryologen, alsnog niet uitsluitend in het begrijpen en visualiseren van
de soms zeer complexe vormverandering van een embryo. Ook hoe individuele gespecialiseerde cellen, elk op
3
zich, hun instructies omzetten in de perfecte bijdrage tot de drie-dimensionele vorm van organen in het embryo
blijft een uitdaging. Dit laatste aspect zal voor de regeneratieve geneeskunde van de nabije toekomst, die zal
inspelen op de kennis van herstelprocessen in weefsels en organen en het feit dat hiervoor embryonale
processen worden aangeschakeld en nadien weer afgeschakeld, of celtherapie gebruikt, cruciaal blijken. Even
belangrijk blijft de identificatie van de signalen die instaan voor de communicatie vanuit signalisatiecentra in
embryo’s, de antennes (receptors) die de ontvangende cellen gebruiken voor het vangen van het signaal aan het
celoppervlak, en de studie van de manier waarop dit signaal wordt doorgegeven (signaaltransductie) aan de
celkern van de ontvangende cel, die op het signaal reageert door selectief een aantal doelwitgenen te activeren
of te onderdrukken.
Eén van de belangrijkste groep van inductieve signalen blijkt een beperkt aantal families van eiwitten,
groeifactoren, die hun activiteit uitoefenen via specifieke receptors. Het werkingsmechanisme van deze systemen
verschilt significant op biochemisch vlak. De families zijn respectievelijk: de fibroblast groeifactoren, de
transformerende groeifactor type β familie, de familie van Wnt eiwitten, de hedgehog familie, de delta/serrate
familie, en de ephrin familie. Binnen één familie hebben deze groeifactoren zowel unieke als overlappende
activiteiten, en hun gebruik wordt herhaald op verschillende tijdstippen en plaatsen van het embryo. Ook weten
wij dat genetische of spontane afwijkingen (mutaties) in genen die coderen voor de groeifactoren (en b.v. leiden
tot hun overproductie), de receptors ervan (die b.v. dan reeds zonder gecapteerde groeifactor actief zijn), of de
intracellulaire effectoreiwitten, kunnen leiden tot misvorming of chronische ziektes, inclusief kanker.
6. Stamcellen van zoogdierembryo’s en adulte weefsels: eigenschappen en potentieel
6.1. Diverse types stamcellen met verschillend ontwikkelingspotentieel
De bevruchte eicel groeit uit tot een volledig dier en is daarom totipotent; in de eerste uren na de
bevruchting deelt de cel zich een aantal keer, waardoor meerdere totipotente cellen ontstaan. Na de bevruchting
en na meerdere (bij zoogdieren overigens trage) rondes van celdeling, begint (bij de mens na vijf dagen) de
totipotente celmassa zich te specialiseren. Bij zoogdieren bestaat de dan gevormde blastocyst uit een buitenste
laag cellen (trophectoderm) en een 20-tal cellen die zich in de holte bevinden, de binnenste celmassa (inner cell
mass). De buitenste laag cellen ontwikkelt zich tot de placenta en de andere weefsels die evenzeer noodzakelijk
zijn voor de ontwikkeling van het embryo. Deze cellen zullen dus geen deel uit van het eigenlijke embryo (“the
embryo proper”), dat volledig ontstaat uit de binnenste celmassa. Deze laatste celgroep kan elk celtype vormen
dat zich in een mens (muis) bevindt, maar uit deze groep cellen alleen kan dus geen zoogdier ontstaan, want
hiervoor is ook, zoals vermeld, de buitenste laag cellen nodig. De binnenste celmassa is onweerlegbaar
pluripotent: de cellen kunnen zich specialiseren tot zeer vele, maar niet tot alle celtypes (de cellen zijn dus ook
niet meer totipotent) die nodig zijn voor de ontwikkeling van het embryo en de foetus. Mocht de binnenste
celmassa in de baarmoeder worden geplaatst, dan zal zich dus geen embryo ontwikkelen. Bij de muis worden de
pluripotente embryonale stamcellen (ES cellen) quasi routinematig geïsoleerd uit de binnenste celmassa van de
blastocyst. De kennis van het ontwikkelingspotentieel van muis ES cellen, en hun gecontroleerde differentiatie in
celcultuur tot specifieke celtypes onder invloed van groeifactoren, ligt aan de basis van recent onderzoek om
menselijke ES cellen te isoleren, en gericht te sturen in hun specialisatie.
De pluripotente cellen van de binnenste celmassa specialiseren zich in feite verder tot stamcellen waaruit
enkel nog meer specifieke celtypes kunnen ontstaan. Een goed voorbeeld is wellicht dat van de bloedstamcellen,
die zich kunnen specialiseren tot rode en witte bloedcellen, en bloedplaatjes. Deze stamcellen zijn multipotent.
De stamcellen van de opperhuid daarentegen, die zich in de onderste laag cellen van de opperhuid bevinden en
alleen maar keratinocyten kunnen vormen, en van waaruit de gewonde opperhuid geneest, zijn dan weer
unipotent. Multipotente stamcellen spelen ook in kinderen en volwassenen vaak nog een grote rol. Opnieuw
gelden hier de bloedstamcellen als goed voorbeeld. Zij bevinden zich in het beenmerg van ieder kind en elke
volwassen mens, en in heel kleine hoeveelheden in de bloedbaan, en zijn absoluut vereist voor de voortdurende
vernieuwing van de bloedcellen. Daarom gaan we in deze les ook kort verder in op adulte stamcellen.
4
6.2. Menselijke embryonale stamcellen
Onlangs verkregen Koreaanse onderzoekers ES cellen uit gekloneerde menselijke embryo's, en de
reacties hierop waren enthousiast, vanwege de therapeutische mogelijkheden, maar ook kritisch. Wat is eigenlijk
de medische relevantie van het Koreaanse onderzoek? Uit de vorige secties blijkt dat deze cellen een
veelbelovende weg openen voor de ontwikkeling van celtherapie voor ziektes die worden veroorzaakt door het
niet (meer) functioneren van bepaalde celtypes, bij voorbeeld de ziekte van Parkinson (de dopamineproducerende neuronen), diabetes (de insuline-produceren β cellen in de pancreas) en hartfalen (hartspiercellen).
Net als bij de transplantatie van organen zal het lichaam van een recipiënt lichaamsvreemde donorcellen afstoten.
Eén van de pistes om dit te vermijden is om volwassen stamcellen uit b.v. het eigen beenmerg te gebruiken.
Maar, anders dan soms wordt gesuggereerd, is tot nu toe de capaciteit van deze cellen om verschillende celtypes
te vormen, beperkt gebleken: botcellen en bloedvatcellen kunnen worden gemaakt, maar voor zenuwcellen en
alvleeskliercellen lukt dit nauwelijks. Uiteraard is de ES cel hiervoor een alternatief. Humane ES cellen waren tot
nu toe alleen te etableren uit rest-embryo's, die overblijven na in vitro fertilisatie. Deze cellen zullen na
transplantatie uiteraard ook als lichaamsvreemd worden herkend door de recipiënt, behalve wanneer ze
verkregen zijn via het therapeutisch klonen, zoals in Korea. In dit Koreaans onderzoek hebben 16 vrouwen na
een hormoonbehandeling ongeveer 250 eicellen afgestaan. Uit elk van deze eicellen werd de kern verwijderd, en
vervangen door de kern van een lichaamscel (maar niet een eicel) van dezelfde vrouw. Van de aldus
geconstrueerde vroege embryo's ontwikkelden er een 30-tal in enkele dagen tot het stadium waarop ES cellen
geïsoleerd konden worden. Van slechts één embryo werd een ES cellijn verkregen. Inmiddels zijn er meerdere
humane ES cellijnen aangemaakt door meerdere onderzoeksgroepen, ook Europese.
Het isoleren van ES cellen uit menselijke embryo's van ongeveer vijf dagen wordt in brede kring
aanvaardbaar geacht, als het tenminste gaat om rest-embryo's. Er wordt ook regelmatig geëist dat onderzoekers
zich zouden beperken tot onderzoek naar alternatieven, zoals – inderdaad – het gebruik van volwassen
stamcellen uit beenmerg. Een tussenoplossing, die steun krijgt van veel onderzoekers, zou kunnen inhouden dat
embryo's mogen worden gebruikt, tot duidelijk is dat de alternatieven evenwaardig zijn. De stelling is hier dat men
zich onvoldoende realiseert zdat wie onderzoek met ES cellen totaal blokkeert, ook het onderzoek op volwassen
stamcellen zal belemmeren, en daardoor hun therapeutisch potentieel.
6.4. Adulte stamcellen
Multipotente stamcellen treffen we nu ook meer en meer aan in bepaalde weefsels bij volwassenen, op
voorwaarde dat we ze (doorgaans) moleculair kunnen onderscheiden van de niet-stamcellen, en ze
ongeschonden kunnen isoleren, aanrijken of liefst als zuivere celpopulatie bekomen, wat momenteel nog heel
wat onderzoek vereist. Adulte stamcellen, al dan niet met multipotentieel karakter, zijn nog niet in alle adulte
weefsels gevonden, maar er worden er wel steeds meer ontdekt. Eén van de dogma’s was dat stamcellen niet in
het zenuwstelsel van adulte dieren voorkwamen, maar men heeft meer recent wel degelijk stamcellen geïsoleerd
uit bepaalde regio’s van de hersenen van modeldieren zoals rat en muis.
Hebben dergelijke adulte stamcellen dezelfde mogelijkheden als pluripotente stamcellen? Tot voor kort
bestonden er in zoogdieren weinig aanwijzingen dat multipotente cellen zoals bloedstamcellen bij voorbeeld ook
– en onverwacht – huidcellen zouden kunnen gaan maken. Recente studies in modeldieren hebben deze visie
echter ondermijnd. Bij de muis is aangetoond dat injectie van sommige adulte stamcellen (b.v. om neuronen te
maken) in het beenmerg ook in staat is om andere gespecialiseerde celtypes te bekomen (hier nl. diverse
bloedcellen). 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.
Waarom concentreert men zich dan niet uitsluitend op onderzoek naar adulte stamcellen? Recente
gegevens suggereren dat adulte stamcellen veel kunnen betekenen voor zowel het onderzoek als de
ontwikkeling van celtherapie, inclusief transplantatie. Mochten we in staat zijn routinematig adulte stamcellen uit
een patiënt te isoleren, de deling ervan te stimuleren, en de differentiatie ervan te sturen in de gewenste richting
en de gespecialiseerde cellen vervolgens terug te plaatsen in de patiënt, dan kunnen afstotingsreacties worden
vermeden. Dit lijkt veelbelovend, maar er zijn uiteraard beperkingen, vragen en/of vereisten op elk van de
5
volgende vijf stappen, en die zijn alle samen: (i) definieer zeer nauwkeurig het cellulair probleem bij de patiënt, (ii)
vind het juiste type stamcel, (iii) doe de stamcellen overeenstemmen met die van de getransplanteerde patiënt
(iv) breng de stamcellen op de juiste plaats, (v) zorg ervoor dat de getransplanteerde stamcellen de juiste job
doen.
7. De grote verwarring en de noodzaak aan een regulatorisch kader
Het onderzoek op stamcellen staat nog in de kinderschoenen. Van belang is parallel onderzoek met verschillende
types stamcel, inclusief de ES cellen. De fascinerende vindingen in het fundamenteel onderzoeksveld dat de
embryologie is, de toepassing van de kennis ervan op vlak van ontwikkelingspotentieel van diverse stamceltypes,
en een gebrek aan toelichting over het onderscheid tussen therapeutisch en reproductief klonen, net als op dat
tussen klonen voor wetenschappelijk onderzoek (het Koreaanse experiment) en therapeutisch klonen, worden
dikwijls in één adem samen vermeld, en hierdoor is verwarring ontstaan bij de niet-specialist.
In het geval van onderzoek met menselijke ES cellen is dit ook in België gereglementeerd. De regelgeving
in ons land is vergelijkbaar met de voorbeeldige Britse wetgeving die op stevige wetenschap, in ondermeer
embryologie, steunt. In dit onderzoeksveld kunnen nieuwe en parallelle studies over stamcellen uit adulte
organen of weefsels, weliswaar met beperkter ontwikkelingspotentieel dan ES cellen, en dit opnieuw onder strikte
reglementering, dus een oplossing bieden. In Nederland, net zoals in ons land, is de discussie over
stamcelonderzoek en -therapie uitvoerig gevoerd op legaal, sociaal en politiek vlak. Uit de discussie in Nederland
bleek ondermeer dat het prille embryo van de mens (in vergelijking met de verder ontwikkelde foetus of een kind)
relatief geringe beschermwaardigheid had, en terzelfdertijd dat het belang van dergelijk onderzoek wel degelijk
door het publiek en de politiek als groot werd ingeschat. De Embryowet in Nederland biedt daarom voor dit
onderzoek de nodige ruimte.
De discussie heeft zich uiteraard ook lange tijd toegespitst op de vraag of men ook embryo’s mocht doen
ontstaan uitsluitend ten behoeve van onderzoek. Er werd snel onderkend dat deze vraag niet alleen speelt bij (de
ontwikkeling van) therapeutisch klonen, maar ook bij (de veilige) introductie van nieuwe voortplantingstechnologie.
Er werd ook krachtig gepleit voor de ontwikkeling van nieuwe, embryosparende technologie in de context van in
vitro fertilisatie, nl. voor het invriezen van overtallige onbevruchte eicellen in plaats van rest-embryo's. Het
invriezen van onbevruchte eicellen kan echter pas op verantwoorde wijze in de kliniek worden toegepast, nadat in
pre-klinisch onderzoek de ontdooide eicellen zijn bevrucht en ook op geïnduceerde afwijkingen (door het
invriezen) zijn onderzocht. Trouwens, een veelbelovend alternatief zou zijn om in het lab ES cellen gecontroleerd
te laten ontwikkelen tot eicellen, wat nu al mogelijk is bij de muis. Lukt dit ook met menselijke ES cellen, dan kan
men op een “vrouwvriendelijke” manier (d.w.z. zonder extensieve hormoonbehandeling) grote aantallen eicellen
voor onderzoek verkrijgen. Er is, puur redenerend vanuit de beschermwaardigheid van het embryo, in de
Nederlandse discussie geen wezenlijk ethisch verschil tussen het doen van onderzoek met rest-embryo's
enerzijds en het doen ontstaan van embryo's voor onderzoek anderzijds. De morele en juridische status van deze
embryo’s werd als identiek beschouwd. Daarom werd vanaf een bepaald moment in de Embryowet ingestemd
met de voorgenomen opheffing van het tijdelijke verbod van het doen ontstaan van embryo's voor onderzoek.
Er wordt algemeen aangenomen dat Europa “pro” onderzoek is op menselijke ES cellen, en de Verenigde
Staten “anti” zijn. Echter, verschillende individuele Europese landen hebben een net zo gevarieerde en
gepolariseerde opinie, die inmiddels is vastgelegd bij wet, als die van de recent herverkozen Bush en zijn vorige
en huidige administratie tegenover de inwoners van California, die zich in een referendum uitspraken, met een
overweldigende meerderheid, ten gunste van een voorstel om de financiering van dit type onderzoek mogelijk te
maken.
8. Wat brengt de toekomst?
Geïsoleerde menselijke pluripotente stamcellen en adulte stamcellen zijn van grote waarde voor de wetenschap.
Vooreerst zouden b.v. de pluripotente ES cellen kunnen helpen bij het ontrafelen van de complexe processen die
plaats vinden gedurende de vroegste menselijke ontwikkeling. Een eerste stap daarbij is de identificatie van de
6
verschillende factoren (inbegrepen groeifactoren) die betrokken zijn bij de processen die een rol spelen bij de
celspecialisatie, zoals dit uitvoerig is en nog wordt bestudeerd in modeldieren. Onderzoek met pluripotente
stamcellen zou daarnaast een drastische verandering kunnen inluiden van de wijze waarop nieuwe
geneesmiddelen worden ontwikkeld en getest. Nieuwe geneesmiddelen zouden eerst op menselijke cellijnen
getest kunnen worden in plaats van op de gangbare zoogdiercellijnen (die de facto kankercellijnen zijn). Pas
nadien, en indien succesvol, zouden dan de verschillende fasen van klinische testen op proefpersonen en
patiënten kunnen doorgaan. Misschien de meest uitdagende toepassing voor menselijke pluripotente stamcellen
is de ontwikkeling van cellen en weefsels die zouden worden gebruikt voor celtherapie in plaats van
donorweefsels te gebruiken. Voor organen, waarin meer dan één celtype is beschadigd, is het nog niet evident
om aan te nemen dat celtherapie ook de 3-dimensionele vormgeving van het orgaan kan reconstrueren.
Pluripotente stamcellen zouden, indien aangezet tot specifieke celspecialisatie, een onuitputtelijke bron zijn van
cellen voor de genezing van een heel scala aan ziekten, zoals de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer,
beroertes, hartziekten, suikerziekte, gewrichtsontstekingen en rheumatische arthritis.
Het strategisch basisonderzoek en het klinisch onderzoek hebben momenteel de doelstelling om
stamceltherapie te ontwikkelen die meer efficiënt is, en de invasieve chirurgische ingrepen en de risico’s voor de
patiënten beperkt. De mogelijkheden om patiënt-eigen cellen te gebruiken zijn dus vooral (i) gezonde adulte
stamcellen te verzamelen van de patiënt, en in het lab nieuw weefsel te maken, en dan te reïntroduceren, (ii)
therapeutisch klonen, waarbij de creatie van ES cellen die genetisch identiek zijn aan de patiënt, de enige optie is,
(iii) een minder invasieve benadering, dus zonder chirurgische ingreep en zelfs celtransplantatie, waarbij idealiter
de in het lichaam aanwezige stamcellen worden aangezet, of gemanipuleerd (door toevoegen van een
geneesmiddel), tot het uitoefenen van hun therapeutische job. Er is dus duidelijk nood aan de zorgvuldige
inventarisering van het echte potentieel en de beperkingen van stamcellen. De hoger vermelde vragen moeten
bovendien aangevuld worden met vragen zoals hoe lang het effect van stamceltherapie duurt? De reden hiervoor
is triviaal: wij verouderen omdat onze cellen dat ook doen. Als adulte stamcellen gebruikt worden in celtherapie,
zullen de weefsels die eruit ontstaan sneller verouderen en dysfuncties vertonen? Kunnen we vermijden dat
stamceltherapie aanleiding geeft tot tumorvorming? ES cellen zijn normaal geprogrammeerd om onophoudelijk te
delen en blijven ongedifferentieerd. In celtherapie zullen ze dus direct moeten differentiëren tot het gewenste celof weefseltype, en zullen ze (meestal) stoppen met delen. De niet-gedifferentieerde ES cellen kunnen echter
blijven delen op een ongecontroleerde maniern en tumoren vormen, net zoals is geobserveerd in muizen. Dit is
trouwens ook een probleem voor andere stamceltypes. Ook in adulte stamcellen kan verkeerde regulatie van
genexpressie leiden tot ongecontroleerde celdeling en tumorvorming. De kennis over - simulatie van - de normale
lichaamsomgeving (lees: andere celtypes en/of de natuurlijke groeifactoren) in het lab is dus één van de grote
uitdagingen in stamcelonderzoek.
Met deze opening naar therapie begeeft de embryologie, door de aard van de kennis die erin wordt
verworven, zich in de vertaling van de fundamentele kennis. In deze optie hebben niet alleen onderzoekers hun
zeg, maar zijn diezelfde onderzoekers ook vragende partij naar standpunten van de maatschappij en haar
politieke gezagsdragers op vlak van ethische gedragscodes en commerciële exploitatie van de kennis en/of de
biologische materialen. Terzelfdertijd blijft de druk op wetenschappers uit de levenswetenschappen en
geneeskunde toenemen om bij te dragen tot - en zelfs direct deel te nemen - in de nieuwe kenniseconomie, en
hun expertise, die er komt door de financiële injectie door de beleidsmakers, dus om te zetten in nieuwe bedrijven
en jobs. Evenwicht vinden tussen de fascinatie voor het embryo en de toepassingen van de kennis ervan, daar
ligt dus de uitdaging van de volgende decennia, voor wetenschappers én niet-wetenschappers.
7