Je kan de laatste tijd geen krant openslaan of de televisie niet aanzetten zonder op enig moment te worden geconfronteerd met een bericht of documentaire over stamcellen, en dan met name over hun mogelijke toepassing als universele reparatieset voor een keur aan aandoeningen. Het lijkt soms of het niet lang meer duurt voordat we elke foute of beschadigde cel in ons lichaam simpelweg kunnen vervangen door een goede cel uit een kweekfles. Maar zo ver is het nog lang niet, als het al ooit zo ver komt.
Wat is een stamcel?
De breedste en simpelste definitie voor een stamcel is: een cel die nog in staat is om te veranderen (differentiëren) naar één of meer andere celtypes. Voor een goed begrip is het verder belangrijk om onderscheid te maken tussen embryonale stamcellen en adulte (volwassen) stamcellen. De term “volwassen” in dit verband betekent eigenlijk meer “voltooid”. Als een embryo “klaar” is, dat wil zeggen als alle organen zijn gevormd en het eigenlijk alleen nog maar hoeft te worden geboren, dan zijn de cellen in dat embryo "volwassen"of adult, en de stamcellen die dan worden aangetroffen dus ook.
Om het verschijnsel stamcel en het verschil tussen adulte en embryonale stamcellen te begrijpen moet je eerst het een en ander weten over cellen in het algemeen. Een volwassen mens bestaat uit enkele biljarden (1015 ) cellen, die gerangschikt zijn in meer of minder complexe drie-dimensionale patronen. Hoewel elke cel een organisme op zichzelf is, is het voor dit verhaal voldoende om hem te beschouwen als een bouwsteen met een bepaalde vorm en functie. De meeste cellen hebben een beperkte levensduur. Ze vermeerderen zich (normaliter alleen als dat nodig is) door deling. De cel splitst zich dan in twee zogenaamde dochtercellen. Die dochtercellen kunnen anders zijn dan de oorspronkelijke cel (de moedercel) en zelfs ook van elkaar verschillen. Dat komt omdat, afhankelijk van de omgeving van de cel en de signalen die de cel daaruit ontvangt, er verschillende genetische programma’s kunnen worden aangezet, die kunnen resulteren in een ander soort cel dan de moedercel. Dat soort veranderingen gebeuren erg veel tijdens de embryonale ontwikkeling, en uiteindelijk onderscheiden we zo’n 220 verschillende celtypes in het volwassen organisme.
Elk van die celtypes ontstaat vanuit één enkele bevruchte eicel. Dat is dus eigenlijk de ultieme stamcel. Vlak na de bevruchting begint de eicel te delen, en na een paar dagen is er een hol balletje ontstaan (een blastocyste). De cellen die het embryo zullen gaan vormen zitten daar als een klompje in (de z.g. Inner Cell Mass of ICM), en zijn voor zover we nu weten nog allemaal gelijk (zie afbeelding 1).
Afbeelding 1. Een muize-blastocyste vóór de implantatie in de baarmoeder. ICM = Inner Cell Mass, de cellen die het embryo gaan vormen.
Nadat de blastocyste zich heeft ingenesteld in de baarmoederwand gaan die cellen zich in een razend tempo delen, waarbij ze ook nog eens een aantal ingewikkelde bewegingen uitvoeren, waardoor ze in lagen ten opzichte van elkaar verschuiven. Dat proces heet gastrulatie. Tegelijkertijd veranderen de cellen van eigenschap, afhankelijk van waar ze zich bevinden. Ze differentiëren.
Als de gastrulatie klaar is bestaat het embryo uit drie lagen, het endoderm, het mesoderm en het ectoderm, de zogenaamde kiemlagen. Uit die kiemlagen ontstaan de verschillende organen van het volwassen organisme: uit het endoderm o.a de darmen, de longen en de lever, uit het mesoderm de bloedcellen, het hart, de nieren en de botten, en uit het ectoderm de huid, het zenuwstelsel en zintuigcellen. De cellen in de verschillende kiemlagen zijn al gedeeltelijk gespecialiseerd.
Jarenlang dacht men dat naarmate het embryo zich ontwikkelt, alle cellen (op een paar hele bijzondere na: de oergeslachtscellen die in de geslachtsorganen zorgen voor ei- of zaadcel productie) op een onomkeerbare manier zich steeds verder specialiseren totdat ze uiteindelijk hun definitieve celtype hebben gevormd. Zoals je verderop kan lezen is dat dogma inmiddels sterk aan het wankelen gebracht door de steeds sterker wordende aanwijzingen dat er zich in het volwassen organisme nog cellen bevinden die niet of nauwelijks gespecialiseerd zijn. Sommige van de wel gespecialiseerde cellen behouden nog het vermogen tot delen, terwijl andere nog kunnen differentiëren maar dan tot een zeer beperkt aantal celtypes. Een voorbeeld van dat laatste zijn de beenmergcellen, die gedurende het gehele bestaan van het organisme nog kunnen differentiëren tot verschillende typen bloedcellen. Beenmergcellen zijn dus een voorbeeld van adulte stamcellen.
Verreweg de meeste cellen zijn " terminaal gedifferentieerd", dat wil zeggen dat ze het vermogen tot delen en verder differentiëren verloren hebben. Zenuwcellen, niercellen en hartspiercellen zijn daar voorbeelden van. Als in een orgaan dat soort cellen beschadigd raken, worden ze niet meer aangevuld hetgeen leidt tot een vermindering van de functie van dat orgaan. Als artsen de beschikking zou hebben over cellen die nog wel in staat zijn om de beschadigde cellen te vervangen zouden heel wat patiënten die nu maar ten dele kunnen worden geholpen misschien wel helemaal kunnen worden opgelapt. Stamcellen zouden wel eens aan die behoefte kunnen voldoen.
Geschiedenis van het stamcelonderzoek.
Het begrip embryonale stamcel bestaat nog niet zo lang. In 1981 slaagde een Britse onderzoeksgroep er voor het eerst in om cellen uit een vroeg muizenembryo te isoleren en in kweek te brengen, en, veel belangrijker, om ze ongedifferentieerd te houden. Vervolgens kon worden aangetoond dat deze cellen in staat waren om alle weefsels van een volwassen dier te vormen, inclusief de oergeslachtscellen. Enkele van de geïsoleerde embryonale cellen uit een bruine muis werden ingebracht in de blastocyste van een witte muis. Vervolgens werden er nakomelingen geboren met een witte vacht met bruine plukjes (zie afbeelding 2).
Afbeelding 2. Een nest met chimaere muizen. De genetische achtergrond van de moeder geeft een zwarte haarkleur. De donorcellen bevatten DNA dat codeert voor wit haar. Er zijn twee muizen waaraan duidelijk te zien is dat er “witte” cellen aan de vorming van de huid mee hebben gedaan
Uit nadere analyses bleken zich in alle organen cellen te bevinden die afkomstig waren van de ingebrachte embryonale cellen. De zo gefabriceerde muizen heten chimaeren. Uit dit experiment bleek dus onomstotelijk dat de gebruikte embryonale stamcellen totipotent zijn, dat wil zeggen dat ze kunnen differentiëren naar elk willekeurig celtype, tenminste in vivo, in een levende muis dus. Ook in vitro, in weefselkweek kunnen deze cellen aangezet worden tot differentiatie naar een heleboel verschillende celtypes. Ze vormen dus een ideaal modelsysteem om onderzoek te doen naar de factoren die de differentiatie van cellen in een embryo sturen. Tegelijkertijd zijn ze in potentie een oneindige bron van “herstelmateriaal” voor beschadigd weefsel. De huidige stamcelhype begon eigenlijk pas in 1998, toen verschillende onderzoeksgroepen vrijwel tegelijkertijd claimden dat ze erin geslaagd waren om menselijke embryonale stamcellen te kweken uit abortusmateriaal en restembryo’s van de IVF (In Vitro Fertilisatie) kliniek. Nu is het van belang hier meteen een voorbehoud te maken. Hoe graag de onderzoekers hun cellen ook embryonale stamcellen willen noemen, het staat nog helemaal niet vast dat die cellen net zo totipotent zijn als hun muizenbroertjes. Om dat echt aan te tonen zouden chimaere mensen moeten worden gemaakt en dat is natuurlijk ethisch volslagen onverantwoord. Daarom is men druk bezig om te onderzoeken hoe de differentiatie van de humane embryonale stamcellen (hES) in kweek kan worden gestuurd. In het Hubrecht laboratorium in Utrecht is men er bijvoorbeeld in geslaagd om uit hES cellen kloppende hartspiercellen te maken (zie voor filmpje links onder aan tekst) en nu is men daar druk doende om te onderzoeken of de truc die daarvoor is gebruikt kan worden toegepast om de cellen ertoe te bewegen een door een hartinfarct beschadigd hart te koloniseren en te herstellen.
Zelfs als dat lukt is er echter een probleem. De hES cellen zijn natuurlijk niet afkomstig van de persoon die ze eventueel nodig zou kunnen hebben voor bijvoorbeeld een hartreparatie. Ze zijn lichaamsvreemd en zullen snel worden afgestoten door het immuunsysteem. Dat kan alleen worden ondervangen door de cellen zo te manipuleren dat ze niet door het immuunsysteem worden herkend (en dat is bijzonder lastig), óf door stamcellen te gebruiken die wel lichaamseigen zijn. En dat is waar het zogenaamde “therapeutisch kloneren” om de hoek komt kijken.
(Therapeutisch) kloneren
Eerst even iets over kloneren. Kloneren, ook wel klonen genoemd, is het produceren van genetisch identieke kopieën van een organisme. Voor planten kunnen we dat al eeuwen (bijvoorbeeld door stekken), maar voor dieren is dat relatief nieuw. Het gebeurt wel eens spontaan in de natuur dat er genetisch identieke dieren worden geboren (eeneiige tweelingen), maar bij de kunstmatige produktie van gekloneerde dieren komt veel kijken. Toch kunnen we dat al langer dan de meeste mensen denken. Al in de jaren vijftig van de vorige eeuw konden amfibieën worden gekloneerd door kernen van cellen uit een vroeg embryo in te brengen in een eicel. In de vroege jaren tachtig lukte dat ook met koeien, varkens en schapen. Dat het nog niet op grote schaal is toegepast om bijvoorbeeld hele kuddes identieke melkkoeien te maken is vooral te wijten aan het geringe succespercentage van kloneren (ongeveer 1 % voor koeien en nog veel lager voor varkens en schapen). Toch is er een bedrijf in Nieuw Zeeland dat claimt koeien te kunnen kloneren met 40% succes, en er lopen daar dus inderdaad enkele kuddes klonen rond. Verder lukte het in die tijd alleen met kernen uit vroege embryo’s. Dat werd verklaard door aan te nemen dat in oudere cellen de kernen onomkeerbaar zijn geprogrammeerd, en dat genen die nodig zijn voor de embryonale ontwikkeling dus niet meer kunnen worden aangezet (gereprogrammeerd).
In 1997 schudde de biologische wereld op zijn grondvesten toen een Brits onderzoeksteam bekend maakte dat het erin was geslaagd om een schaap te kloneren door een kern van een uiercel te implanteren in een eicel. Dat daar een volwaardig schaap uit ontstond (Dolly) betekende dat de uiercelkern dus volledig moest zijn gereprogrammeerd tot een embryonale staat. Inmiddels blijkt Dolly geen uitzondering en zijn er al vele schapen en andere dieren (waaronder apen) gekloneerd. Het is nog niet duidelijk of deze dieren ook volledig gezond zijn en blijven (of bijvoorbeeld in een sneller tempo verouderen, ze zijn tenslotte uit een “oud” type cel ontstaan), maar Dolly heeft al lammetjes gebaard. Enigszins verontrustend is wel dat Dolly inmiddels op een veel te jonge leeftijd ouderdomsreuma heeft gekregen. Als dat ook gebeurt met andere gekloneerde dieren betekent het dat kloneren uit volwassen celkernen toch niet zo probleemloos is.
Nu het dus mogelijk blijkt om bijvoorbeeld apen te kloneren is er geen reden om aan te nemen het dat met mensen niet ook kan lukken. Ethisch gezien heeft dat natuurlijk enorme bezwaren. Afgezien van het feit dat genetische diversiteit een van de belangrijkste voorwaarden is voor het voortbestaan van een soort, zitten weinig mensen te wachten op gekloneerde nakomelingen, behalve wanhopige kinderloze echtparen, rijke excentriekelingen en personages in films dan misschien. Maar gekloneerde embryo’s, dat is een ander verhaal, want daar kunnen weer stamcellen uit worden gehaald. Dus een simpel scenario zou kunnen zijn: patiënt A heeft een dreigend hartinfarct, of heeft er net een gehad. Er worden enkele door een donor afgestane eicellen van hun kern ontdaan, kernen van cellen uit de patiënt worden daarin ingebracht, de zo gemaakte embryo’s (want dat zijn het nu!) worden gekweekt tot het blastocyste stadium, daaruit worden stamcellen geïsoleerd, en daar wordt het hartweefsel mee hersteld. Dat zou nu geen probleem wat betreft afstoting moeten opleveren, want de cellen zijn identiek aan die van de patiënt. Ze bevatten immers diens genetisch materiaal en dat zorgt ervoor dat de cellen niet meer als lichaamsvreemd worden gezien door het immuunsysteem. Dat is therapeutisch kloneren in een notendop. Klinkt simpel, maar is het natuurlijk niet. Alleen al de kosten en tijd die ermee zijn verbonden en de geringe kans op succes ( je moet dan op dit moment toch al snel denken aan een investering van minstens € 50.000,- per patiënt en een paar maanden werk, alleen al om gekloneerde embryo’s te maken, en dan moeten daar nog cellen uit worden gekweekt) maken dat zo’n behandeling voorlopig niet meer is dan een theoretische. Toch is de wetgeving die nodig is om dit mogelijk te maken inmiddels door het parlement en de eerste kamer heengeloodst.
Tegenstanders van deze ontwikkelingen zien zich gesteund door een reeks publicaties waarin wordt geclaimd dat therapeutisch kloneren helemaal niet nodig is. Volgens verschillende onderzoekers zijn adulte stamcellen helemaal niet zo “monomaan” als werd gedacht. Mits ze op de juiste manier worden geprikkeld kunnen ze veel meer celtypes vormen dan tot nu toe werd gedacht. Ze zouden met andere woorden over een veel grotere “plasticiteit” beschikken. Volgens deze onderzoekers kan patiënt A uit het voorbeeld dus prima worden geholpen met zijn eigen beenmergcellen bijvoorbeeld, mits die op de juiste manier worden gestuurd. Dat zou natuurlijk geweldig zijn, alleen al omdat dat het gebruik van embryo’s als “celfabriek” overbodig zou maken. Het adulte stamcelonderzoek bevindt zich echter in een soort identiteitscrisis. Allerlei gerapporteerde resultaten kunnen door anderen niet worden herhaald. De geclaimde plasticiteit werd recent toegeschreven aan een onvoorzien effect: de adulte stamcellen bleken te fuseren met “gewone” celtypes, waardoor vreemde nieuwe celtypes ontstaan met een teveel aan chromosomen met alle mogelijk gevaarlijke consequenties van dien.
Het is op dit moment niet te voorspellen waar we met het stamcelonderzoek heengaan en welke van de hooggespannen verwachtingen zullen worden waargemaakt. Stamcellen zijn spannend en wetenschappelijk van onschatbare waarde. Of ze dat ook voor de medici en hun patiënten zullen zijn is zeer te hopen, maar nog absoluut niet zeker.