Maar aan het therapeutisch kloneren van mensen kleven nogal wat bezwaren, zowel praktische als ethische. Voor het kloneren zijn eicellen nodig. Het isoleren van eicellen, zoals bijvoorbeeld ook gedaan wordt voor een IVF-behandeling, is een zeer belastende behandeling voor de vrouw en brengt bovendien gezondheidsrisico’s met zich mee. Bij therapeutisch kloneren wordt het gevormde embryo niet in een baarmoeder geplaatst, maar worden er stamcellen van gemaakt om een patiënt te genezen of om onderzoek te doen. Dit betekent dat dit embryo niet meer kan uitgroeien tot een persoon. In veel landen, zoals in Nederland, is deze vorm van embryo-onderzoek wettelijk niet toegestaan.
Met het kloneren om patiënt-specifieke stamcellen te maken, komt bovendien reproductief kloneren (kloneren om een genetische kopie van een persoon te maken) een stukje dichterbij. Veel mensen en bevolkingsgroepen vinden dit onwenselijk. Het is mede daarom dat gezocht is naar alternatieven om gedifferentieerde cellen te herprogrammeren.
Yamanaka-factoren
In een ingenieuze serie van experimenten is men erin geslaagd om lichaamscellen te herprogrammeren naar een pluripotente staat zonder dat daar een embryo voor gevormd hoeft te worden. Deze methode is ontwikkeld en voor het eerst beschreven door de Japanner Shinya Yamanaka in 2006 en is in essentie kinderlijk eenvoudig. Yamanaka redeneerde dat als een cel geherprogrammeerd kan worden door het cytoplasma van een eicel, het ook mogelijk moet zijn om dit buiten de eicel in vitro te doen met de factoren die noodzakelijk zijn voor het herprogrammeren.
Factoren die mogelijk belangrijk kunnen zijn voor pluripotentie van cellen zijn transcriptiefactoren die in hoge mate tot expressie komen in vroege embryo’s en in embryonale stamcellen. Transcriptiefactoren zijn eiwitten die er voor zorgen dat het DNA van vele verschillende genen afgelezen wordt. Andere kandidaatfactoren zijn genproducten die in verhoogde mate aanwezig zijn in tumoren, die ook oneindig blijven delen. In een ingenieus experiment werden 24 genen en combinaties van deze genen getest en uiteindelijk werd een combinatie van vier genen gevonden die voldoende bleek om gedifferentieerde cellen van het puntje van de staart van volwassen muizen te herprogrammeren. De vier genen coderen ieder voor transcriptiefactoren, ook wel aangeduid als OCT4, KLF4, SOX2 en c-MYC. Deze worden nu de Yamanaka-factoren genoemd.
De cellen die zo worden geherprogrammeerd, gedragen zich vrijwel identiek als embryonale stamcellen: ze kunnen delen zonder dat ze hun eigenschap verliezen en ze kunnen differentiëren tot ieder celtype. Deze geherprogammeerde cellen worden daarom induced pluripotent stem cells of iPS-cellen genoemd. Voor de cellen die oorspronkelijk deel uitmaakten van het puntje van de staart van een muis werd aangetoond dat ze inderdaad pluripotent waren door chimere muizen met de cellen te maken. Tegenwoordig is van vrijwel ieder celtype, zoals zenuwcellen, hartspiercellen en darmcellen, aangetoond dat er iPS-cellen van gemaakt kunnen worden. In 2007 werden voor het eerst humane huidcellen geherprogrammeerd tot iPS-cellen en er zijn zelfs iPS-cellen gemaakt van patiënten van over de tachtig jaar. Dat dit een belangrijke ontdekking was blijkt onder meer uit het feit dat Yamanaka er in 2012 de Nobelprijs voor Geneeskunde voor kreeg.
Huidcellen herprogrammeren
Om cellen te herprogrammeren, worden de factoren niet rechtstreeks aan de cellen gegeven, maar wordt er gezorgd dat de cellen DNA opnemen dat codeert voor de factoren en ervoor zorgt dat de factoren actief zijn. Het resultaat is zondermeer spectaculair te noemen. Huidcellen kunnen worden afgenomen, in een kweekbakje geplaatst, behandeld met de Yamanaka-factoren en een deel van de cellen zal zich gaan gedragen als embryonale stamcellen. Wat er exact in de cellen gebeurt, is niet duidelijk. Het proces is om onduidelijke redenen niet erg efficiënt: minder dan 1% van de cellen wordt geherprogrammeerd. Omdat het eenvoudig is om bijvoorbeeld via een biopt duizenden huidcellen te verkrijgen, geeft deze techniek voldoende ruimte om cellen te herprogrammeren.
Om het DNA in de cellen te krijgen, wordt in veel gevallen gebruikgemaakt van retrovirussen. Deze virussen zorgen ervoor dat het DNA ingebouwd wordt in het genoom van de cel die door het virus wordt geïnfecteerd. Daar zijn een aantal nadelen aan verbonden. Het grootste nadeel is dat de inbouw van het DNA in het genoom niet te sturen is: meestal worden er meerdere kopieën van het DNA willekeurig op meerdere plaatsen in het genoom gezet. Als de stukken DNA ingebouwd worden op de plek waar zich een belangrijk gen bevindt, kan dit gen geïnactiveerd worden, met alle gevolgen van dien. Omdat dit niet wenselijk is, zijn er inmiddels methoden ontwikkeld om de Yamanaka-factoren in een cel tot expressie te brengen zonder dat er DNA in het genoom wordt ingebouwd, of om het ingebouwde DNA, nadat de cellen zijn geherprogrammeerd, weer te verwijderen.
Zoals het er nu naar uitziet lijken de iPS-cellen in grote mate op de embryonale stamcellen van een gekloond embryo. Het grote voordeel is dat er op deze manier patiënt-specifieke pluripotente cellen gekweekt kunnen worden zonder te klonen en zonder opoffering van een menselijk embryo. Het onderzoek naar patiënt-specifieke stamcellen met het oog op therapeutisch kloneren is daardoor op een lager pitje komen te staan. De iPS-cellen zijn zeer nuttig voor de biomedische wetenschap. Omdat het pluripotente stamcellen zijn kunnen ze differentiëren tot verschillende weefseltypes. Daarmee kan de vorming van weefsel bestudeerd worden, wordt onderzoek naar het ontstaan of verloop van ziektes mogelijk en kan getest worden welke medicijnen het beste werken voor de patiënt van wie de iPS-cellen zijn gemaakt.