Embryonale stamcellen
Stel je een bouwpakket voor waarmee je letterlijk elk onderdeel van een huis kunt maken: muren, leidingen, ramen, dakpannen. Embryonale stamcellen zijn zo'n bouwpakket, maar dan voor het menselijk lichaam. Het zijn cellen uit een heel vroeg stadium van de ontwikkeling die nog niet hebben "gekozen" welk soort cel ze worden. Ze kunnen in theorie uitgroeien tot spiercel, zenuwcel, huidcel of bijna elk ander celtype in het lichaam.
Die eigenschap maakt ze wetenschappelijk bijzonder waardevol. Normale lichaamscellen zijn gespecialiseerd: een levercel blijft een levercel, een huidcel blijft een huidcel. Embryonale stamcellen zitten in de fase daarvoor, wanneer alle opties nog open staan. Onderzoekers proberen die eigenschap te benutten om beschadigd weefsel te repareren, ziektes in het laboratorium na te bootsen, en nieuwe medicijnen te testen zonder dat er dierproeven of mensen bij nodig zijn.
Wat is het precies?
Embryonale stamcellen worden gewonnen uit een blastocyst: een bolletje van enkele tientallen cellen dat ontstaat een paar dagen na de bevruchting van een eicel, nog vóórdat er sprake is van een herkenbaar embryo met orgaanaanleg. Binnen in die blastocyst zit een klompje cellen, de "binnenste celmassa", en daaruit worden de stamcellen gehaald.
De meeste blastocysten die hiervoor worden gebruikt, zijn overtollige embryo's uit ivf-behandelingen (in-vitrofertilisatie, ofwel reageerbuisbevruchting). Ouders die klaar zijn met hun vruchtbaarheidsbehandeling kunnen toestemming geven om resterende embryo's, die anders vernietigd zouden worden, beschikbaar te stellen voor onderzoek.
Eenmaal geïsoleerd, kunnen embryonale stamcellen in het laboratorium jarenlang worden vermeerderd zonder hun eigenschappen te verliezen. Met de juiste combinatie van groeifactoren en chemische signalen kunnen onderzoekers ze vervolgens sturen om uit te groeien tot een specifiek celtype, bijvoorbeeld insulineproducerende cellen of zenuwcellen.
Belangrijk begrip hierbij is pluripotentie: het vermogen om vrijwel elk celtype van het lichaam te kunnen vormen. Dit onderscheidt embryonale stamcellen van volwassen (adulte) stamcellen, die ook in het lichaam van kinderen en volwassenen voorkomen (bijvoorbeeld in beenmerg) maar meestal maar een beperkt aantal celtypen kunnen aanmaken.
Wat wil men ermee bereiken?
De belofte van embryonale stamcellen is regeneratieve geneeskunde: het herstellen of vervangen van weefsel dat door ziekte of letsel verloren is gegaan. Denk aan het vervangen van afgestorven zenuwcellen na een dwarslaesie, het aanmaken van nieuwe insulineproducerende cellen bij diabetes type 1, of het herstellen van netvliesweefsel bij oogaandoeningen.
Daarnaast gebruiken onderzoekers embryonale stamcellen om ziektes te bestuderen. Door ze in het laboratorium te laten uitgroeien tot bijvoorbeeld hartweefsel, kunnen wetenschappers processen bestuderen die anders alleen in een levend lichaam zichtbaar zouden zijn, en nieuwe medicijnen testen op menselijk weefsel voordat er een klinische proef bij patiënten start.
Een derde toepassing is fundamenteel: het beter begrijpen van hoe een bevruchte eicel uitgroeit tot een compleet lichaam met honderden verschillende celtypen. Die kennis helpt bij het verklaren van aangeboren afwijkingen en vroege miskramen.
Voorbeelden uit de praktijk
In 1998 isoleerden James Thomson en collega's aan de University of Wisconsin-Madison als eersten humane embryonale stamcellijnen, een doorbraak die destijds wereldwijd nieuws was en het startpunt vormde van dit onderzoeksveld.
In 2010 startte het Amerikaanse bedrijf Geron Corporation de eerste door de Amerikaanse toezichthouder FDA goedgekeurde klinische studie met een op embryonale stamcellen gebaseerde therapie (GRNOPC1), bedoeld voor mensen met een recente dwarslaesie. Het bedrijf staakte het programma in 2011, niet vanwege veiligheidsproblemen, maar om financiële redenen.
Het bedrijf Advanced Cell Technology, later omgedoopt tot Ocata Therapeutics, publiceerde tussen 2012 en 2015 in het vakblad The Lancet resultaten van onderzoek waarbij uit embryonale stamcellen gekweekte netvliescellen werden ingebracht bij patiënten met maculadegeneratie, een oogziekte die tot blindheid kan leiden. De resultaten wezen op veiligheid en bij een deel van de patiënten op enige verbetering van het gezichtsvermogen.
Het Amerikaanse bedrijf ViaCyte werkte jarenlang aan stamcel-afgeleide, insulineproducerende celtherapieën voor diabetes type 1 en werd in 2022 overgenomen door farmaceut Vertex Pharmaceuticals. Vertex zette dit werk voort onder programma's als VX-880, met vroege klinische resultaten waarbij een deel van de deelnemers geheel of gedeeltelijk onafhankelijk werd van insuline-injecties. Het is goed om te weten dat latere generaties van dit soort celtherapieën vaak overstappen naar geïnduceerde pluripotente stamcellen (zie hieronder) in plaats van strikt embryonale stamcellen.
Hoe ver is de techniek?
Het veld heeft de afgelopen 25 jaar grote stappen gezet, van de eerste isolatie in 1998 tot meerdere klinische studies bij patiënten. Toch zijn er tot nu toe geen op embryonale stamcellen gebaseerde therapieën die op grote schaal als standaardbehandeling worden toegepast; de meeste toepassingen bevinden zich nog in de fase van klinisch onderzoek.
Een belangrijke ontwikkeling die het veld deels heeft veranderd, is de uitvinding van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen) door de Japanse onderzoeker Shinya Yamanaka in 2006-2007. Hij ontdekte een methode om gewone lichaamscellen, zoals huidcellen, terug te programmeren tot cellen met vrijwel dezelfde eigenschappen als embryonale stamcellen, zonder dat daar een embryo aan te pas komt. Dit leverde hem in 2012 samen met John Gurdon de Nobelprijs voor Geneeskunde op. Voor veel toepassingen gebruiken onderzoekers en bedrijven tegenwoordig liever iPS-cellen, mede omdat dit minder ethische bezwaren oproept en cellen van de patiënt zelf kunnen worden gebruikt, wat afstoting door het immuunsysteem kan verminderen.
De belangrijkste technische obstakels voor embryonale stamceltherapieën blijven: het risico op ongecontroleerde celgroei of tumorvorming (teratomen) als niet alle cellen volledig zijn uitgerijpt tot het gewenste celtype, afstoting door het immuunsysteem omdat de cellen niet van de patiënt zelf afkomstig zijn, en de hoge kosten en technische complexiteit van het op grote schaal produceren van zuivere celpopulaties volgens medische kwaliteitseisen.
Wie werken eraan?
Onderzoek naar embryonale stamcellen wordt wereldwijd verspreid uitgevoerd, met enkele duidelijke zwaartepunten. In de Verenigde Staten speelt het California Institute for Regenerative Medicine (CIRM) een grote rol; dit instituut werd in 2004 opgericht na een volksraadpleging (Proposition 71) en kreeg miljarden dollars aan publieke financiering, mede als reactie op destijds strenge federale beperkingen op stamcelonderzoek. Ook de University of Wisconsin-Madison, waar het veld begon, en het Harvard Stem Cell Institute zijn vooraanstaande centra.
Japan is wereldwijd toonaangevend op het gebied van pluripotente stamcellen in bredere zin, mede dankzij het werk van Yamanaka en instituten als RIKEN.
In het Verenigd Koninkrijk reguleert de Human Fertilisation and Embryology Authority (HFEA) onderzoek met embryo's en stamcellen, en lopen er onderzoekslijnen aan diverse universiteiten.
In Nederland regelt de Embryowet het gebruik van embryo's voor wetenschappelijk onderzoek; het gebruik van overtollige ivf-embryo's is onder strikte voorwaarden toegestaan. Nederlandse instituten zoals het Hubrecht Instituut en het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) doen onderzoek naar pluripotente stamcellen en verwante technieken, waaronder modellen van vroege embryonale ontwikkeling.
Internationaal stelt de International Society for Stem Cell Research (ISSCR) richtlijnen op waar veel onderzoeksinstituten en tijdschriften zich aan houden, waaronder de zogeheten 14-dagen-regel: embryo's mogen voor onderzoek in het laboratorium maximaal 14 dagen worden gekweekt. Er is binnen de wetenschappelijke gemeenschap discussie of deze grens in de toekomst moet worden aangepast, wat de ethische gevoeligheid van dit onderzoeksveld illustreert.