Stamcellenkweek grote stap vooruit

Door: JAC. VAN DONGEN
Stamcellenkweek grote stap vooruit
Door unieke eigenschap vitamine C
Celtherapie straks zonder afstoting of ethische bezwaren?
Gekweekte lichaamscellen kunnen gereprogrammeerd worden tot pluripotente
stamcellen. Dit is een ingewikkeld proces, waar vrije radicalen een sterk belemmerende factor zijn. Vitamine C blijkt de enige stof die het proces efficiënter kan
laten verlopen.
O
m gekweekte lichaamscellen te reprogrammeren tot pluripotente stamcellen zijn
speciale technieken en toevoegingen nodig
tijdens het kweekproces. Tot voor kort konden in de
meest zorgvuldig uitgevoerde, vele stappen omvattende
procedures in celkweken afkomstig van muis of mens
slechts zeer geringe opbrengsten worden gerealiseerd.
De vorming van vrije zuurstofradicalen blijkt één van de
grote belemmeringen. Een nieuw experiment liet zien dat
toevoeging van vitamine C essentieel is. Hiermee is een
relatief eenvoudige oplossing gevonden om de effectiviteit
van stamcellenproductie aanzienlijk te verbeteren.
Problematische celkweek
De dierlijke of menselijke ontwikkeling vanaf de bevruchte eicel begint met een geprogrammeerd proces
van celproliferatie en celdifferentiatie waarbij alle soorten cellen van het individu worden voortgebracht. Uit
onderzoek in 1997 met het gekloonde schaap Dolly bleek
dat celkernen afkomstig van volledig gedifferentieerde
lichaamscellen geherprogrammeerd kunnen worden tot
een embryocel-achtige staat door middel van factoren
die aanwezig zijn in eicellen.1
36
ORTHO 1-2010
Van meer recente datum (2006) is de ontdekking dat lichaamscellen van muizen in vitro eveneens in een pluripotente staat gebracht kunnen worden na de introductie
van een combinatie van transcriptiefactoren die in embryostamcellen in hoge concentraties voorkomen.2 De
aldus verkregen geïnduceerde pluripotente stamcellen
of iPSC’s tonen veel overeenkomsten met embryonale
stamcellen waaruit zich nieuwe individuen kunnen ontwikkelen.3 Het gelukt inmiddels om uit lichaamscellen
van muis, varken en mens iPSC’s te produceren.4 Hiermee wordt de weg vrijgemaakt voor de toekomstige klinische toepassing van lichaamseigen celtherapie zonder
afstoting of ethische bezwaren. Tevens bieden iPSC’s van
humane oorsprong unieke kansen voor het bestuderen
van erfelijke aandoeningen. Evenwel, in de praktijk is het
slagingspercentage van de aanmaak van iPSC’s, zelfs in
de meest zorgvuldig uitgevoerde celkweken, bijzonder
laag: slechts ongeveer 0,01% verloopt succesvol.
Vrije radicalen zitten in de weg
Diverse laboratoria over de gehele wereld doen onderzoek op het gebied van stamcellenkweek en alle
komen tot de conclusie dat voortijdige aftakeling van
www.ortho.nl
de gekweekte cellen een zware belemmering is voor het
reprogrammeren tot de zo gewenste iPSC’s. De voornaamste oorzaak is de met de gangbare technieken van
celkweek verbonden vorming van vrije zuurstofradicalen. Om de vorming van vrije zuurstofradicalen te
beperken, moet gezocht worden naar effectieve vrije
radicalenvangers die het proces van voortijdige aftakeling van gekweekte cellen verminderen zonder het
risico van mutaties te vergroten.
Dit is ook de visie van een team van stamcelonderzoekers onder leiding van dr. Duanqing Pei van het South
China Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine in Guangzhou, China.5 Zij voerden uitgebreide reeksen celkweken uit met bindweefselcellen
van muizen. Er werden verschillende antioxidanten
afzonderlijk en in combinatie getest. Al in een vroeg
stadium werden interessante verbeteringen gevonden
voor een combinatie van vitamine B1, glutathion (in
de vorm van GSH-methylester), natriumseleniet en
vitamine C. Vervolgens werden de effecten van afzonderlijke antioxidanten onderzocht. Hieruit bleek dat
vitamine C alléén de overgang van normale cellen naar
volledig gereprogrammeerde pluriforme stamcellen
bevorderde. Ook andere antioxidanten werden getest:
N-acetylcysteïne, alfaliponzuur, vitamine E, resveratrol
en L-carnitine, alle zonder merkbaar effect.
De resultaten met vitamine C in de reprogrammering
van embryonale bindweefselcellen van muizen zijn
bemoedigend. Gevonden werd dat de toevoeging van
vitamine C de transformatie van pre-iPCS’s afkomstig
van embryonale bindweefselcellen tot iPCS’s sterk bevordert. Nadat vastgesteld was dat vitamine C een essentiële rol speelt bij de nagestreefde celtransformaties,
werden overeenkomstige celkweekproeven uitgevoerd
met humane bindweefselcellen. Hierbij werd een reprogrammeringsrendement van 6,2 % behaald. Een
lage dosis vitamine C (10 mcg/ml) bleek voldoende
voor een maximaal effect, mits de toediening voor de
duur van het experiment werd voortgezet.
Vitamine C modulator (epi)genetische
processen
Het gevonden effect voor vitamine C kan niet geheel
en al toegeschreven worden aan het wegvangen van
vrije zuurstofradicalen. Vitamine C versnelt veranderingen in genetische expressie tijdens de conversie
van pre-iPSC’s naar iPSC’s. Een deel van de acties van
www.ortho.nl
vitamine C zou verbonden kunnen zijn met het versnellen van enzymreacties, zoals die van de enzymen
collageen-prolylhydroxylase, hypoxia-inducible-factorprolylhydroxylase en histon-demethylase. Vitamine C
zou de reprogrammering tot omnipotente stamcellen
kunnen beïnvloeden door verhoogde activering van de
genoemde enzymen.
Onderzoeker dr. Duanqing Pei merkt op: ‘Het is een interessante gedachte dat een vitamine met een reeds lang
bediscussieerd antiverouderingseffect zó een krachtige
werking blijkt te hebben op reprogrammering van cellen. Ons onderzoek kan een stimulans zijn voor verder
onderzoek ook op dit terrein.’
Dr. Duanqing Pei,
leider van het
onderzoek in
Guangzhou, China.
1. Wilmut I, Schnieke AE, [..], Campbell KH. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature. 1997 Feb 27;385(6619):810-3
2. Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006; 126(4):663-76
3. Kang L, Wang J, [..], Gao S. iPS cells can support full-term development of tetraploid blastocyst-complemented embryos. Cell Stem Cell 2009; 5(2):135-8
4. Esteban MA, Xu J, [..], Pei D. Generation of induced pluripotent stem cell lines from Tibetan miniature pig. J Biol Chem 2009; 284(26):17634-40
5. Esteban MA, Wang T, [..], Pei D. Vitamin C enhances the generation of mouse and human induced pluripotent stem cells. Cell Stem Cell 2010; 6(1):71-9
ORTHO 1-2010
37