Groeifactoren: de moleculaire boodschappers achter kweekvlees en genezing
Een groeifactor is een eiwit dat cellen het signaal geeft om te groeien, zich te delen of juist te veranderen in een ander celtype. Je kunt het vergelijken met een sleutel die op een specifiek slot past: de groeifactor (de sleutel) bindt aan een ontvanger op het celoppervlak, de zogeheten receptor (het slot), en zet daarmee een keten van reacties in gang binnen de cel. Het resultaat kan zijn dat de cel gaat delen, zich specialiseert, of zich juist tegen beschadiging beschermt.
Groeifactoren komen van nature overal in het lichaam voor: ze zorgen dat een wond dichtgroeit, dat rode bloedcellen worden aangemaakt en dat een embryo uitgroeit tot een compleet organisme. Diezelfde eiwitten zijn inmiddels ook buiten het lichaam na te maken en worden ingezet in de geneeskunde, bijvoorbeeld om wondgenezing te versnellen, en in een heel andere toepassing: het kweken van vlees uit dierlijke cellen zonder dat daar een levend dier bij hoeft te sterven.
Wat is het precies?
Groeifactoren zijn kleine eiwitten (soms ook wel 'signaaleiwitten' of cytokines genoemd) die door cellen worden uitgescheiden en die andere cellen aansturen. Ze werken niet zoals hormonen die door het hele lichaam reizen via het bloed, maar vaak lokaal: een cel scheidt de groeifactor uit in zijn directe omgeving.
Er zijn twee hoofdvormen van deze lokale signalering. Bij paracriene signalering beïnvloedt een cel de buurcellen om zich heen. Bij autocriene signalering stuurt een cel zichzelf aan door een groeifactor uit te scheiden die op de eigen receptoren bindt. Dit laatste mechanisme speelt ook een rol bij sommige vormen van kanker, waarbij tumorcellen zichzelf ongecontroleerd blijven aanjagen.
Op celniveau werkt het als volgt: de groeifactor bindt aan de buitenkant van een receptoreiwit dat door het celmembraan steekt. Die binding verandert de vorm van de receptor aan de binnenkant van de cel, waardoor een enzym genaamd tyrosinekinase wordt geactiveerd. Dit enzym plakt fosfaatgroepjes aan andere eiwitten, als een soort estafette van chemische seinen, tot uiteindelijk in de celkern genen worden aan- of uitgezet die celdeling of specialisatie sturen.
Bekende groeifactoren hebben elk hun eigen specialisme. EGF (epidermal growth factor) stimuleert de groei van huid- en epitheelcellen. FGF (fibroblast growth factor) speelt een rol bij weefselherstel en de ontwikkeling van bloedvaten. VEGF (vascular endothelial growth factor) zet de aanmaak van nieuwe bloedvaten in gang, een proces dat angiogenese heet. PDGF (platelet-derived growth factor) komt vrij uit bloedplaatjes en is belangrijk bij wondgenezing. EPO (erytropoëtine) stimuleert de aanmaak van rode bloedcellen in het beenmerg, en G-CSF (granulocyte colony-stimulating factor) doet hetzelfde voor bepaalde witte bloedcellen.
Wat wil men ermee bereiken?
In de geneeskunde worden groeifactoren al decennia ingezet om het lichaam te helpen zichzelf te herstellen. Denk aan het versnellen van wondgenezing bij mensen met slecht genezende wonden, het herstellen van botweefsel, of het weer op gang brengen van bloedcelaanmaak na een zware behandeling zoals chemotherapie.
Een nieuwere en heel andere toepassing ligt in de voedseltechnologie. Bij het kweken van vlees uit dierlijke stamcellen (ook wel kweekvlees of 'cultured meat' genoemd) zijn groeifactoren onmisbaar: ze vertellen de cellen in een kweekvat dat ze moeten blijven delen en uiteindelijk moeten uitrijpen tot spier- of vetweefsel, net zoals dat van nature in een dier gebeurt. Zonder deze signaaleiwitten stopt de celdeling al snel vanzelf.
Daarnaast wordt onderzoek gedaan naar het gebruik van groeifactoren en verwante technieken in de regeneratieve geneeskunde in bredere zin: het laten aangroeien van kraakbeen, het ondersteunen van stamceltherapieën, en het remmen van groeifactor-signalen bij kankerbehandeling, omdat tumoren vaak juist misbruik maken van deze groeisignalen om zich te blijven delen.
Voorbeelden uit de praktijk
Regranex (becaplermin) is een gel met een recombinante vorm van PDGF die wordt gebruikt bij de behandeling van diabetische voetwonden die moeilijk genezen. Het middel is een van de eerste voorbeelden van een groeifactor die als geneesmiddel op de markt kwam.
Neupogen (filgrastim), ontwikkeld door het Amerikaanse biotechbedrijf Amgen, is een kunstmatig gemaakte (recombinante) versie van G-CSF. Het wordt toegediend aan patiënten na chemotherapie om de aanmaak van witte bloedcellen te stimuleren en zo het risico op infecties te verkleinen.
Avastin (bevacizumab), ontwikkeld door Genentech en op de markt gebracht met Roche, is geen groeifactor zelf maar een antilichaam dat VEGF juist blokkeert. Door de bloedvatgroei naar een tumor te remmen, probeert dit middel kankercellen van hun bloedtoevoer af te snijden.
Mosa Meat, opgericht in Maastricht door onderzoeker Mark Post, presenteerde in 2013 wereldwijd de eerste hamburger gemaakt van gekweekte dierlijke spiercellen. Groeifactoren waren daarbij essentieel om de spiercellen in het laboratorium te laten groeien.
Multus Biotechnology, een Brits biotechbedrijf, richt zich specifiek op het goedkoper en op grote schaal produceren van dierlijke-vrije groeifactoren voor de kweekvleesindustrie, omdat de kosten van deze eiwitten lange tijd een van de grootste obstakels vormden voor opschaling.
Hoe ver is de techniek?
Het medische gebruik van groeifactoren is inmiddels volwassen: middelen zoals Neupogen en Regranex worden al jaren in ziekenhuizen toegepast en zijn goed onderzocht op werking en veiligheid.
De toepassing in kweekvlees staat nog in een veel vroeger stadium. Het grootste obstakel is de prijs: groeifactoren die oorspronkelijk zijn ontwikkeld voor medisch gebruik (waar kleine hoeveelheden tegen hoge kosten acceptabel zijn) zijn veel te duur om in de grote hoeveelheden te gebruiken die nodig zijn om vlees te produceren. Bedrijven werken daarom aan speciaal voor de voedingsindustrie ontwikkelde, goedkopere varianten en aan productiemethoden die de kosten drastisch verlagen, bijvoorbeeld door de eiwitten te laten produceren in gist of bacteriën in plaats van dure celkweeksystemen.
Kweekvlees is inmiddels op kleine schaal goedgekeurd voor consumptie in onder meer Singapore en de Verenigde Staten, waar bedrijven als Upside Foods en Good Meat toestemming kregen om producten te verkopen. In de Europese Unie is, op het moment van schrijven, nog geen kweekvlees toegelaten voor de markt; hiervoor loopt een uitgebreide veiligheidsbeoordeling via de novel food-regelgeving, een proces dat meerdere jaren in beslag kan nemen.
Wie werken eraan?
Op medisch gebied zijn grote biotech- en farmaceutische bedrijven zoals Amgen, Genentech en Roche al decennia actief met de ontwikkeling en productie van recombinante groeifactoren, vaak in samenwerking met academische ziekenhuizen die de klinische toepassing testen.
In de kweekvleessector zijn bedrijven als Mosa Meat (Nederland), Multus Biotechnology (Verenigd Koninkrijk) en verschillende Amerikaanse en Israëlische bedrijven bezig met het schaalbaar en betaalbaar maken van groeifactoren voor deze toepassing. Onderzoeksinstellingen zoals Wageningen University & Research in Nederland leveren fundamenteel onderzoek naar celkweektechnologie, en de non-profitorganisatie Good Food Institute financiert en coördineert onderzoek naar alternatieve eiwitbronnen wereldwijd, onder meer door rapporten te publiceren over kostenreductie van grondstoffen zoals groeifactoren.