Life Sciences, 30-12-2021

Prof.dr. Jacob Hanna’s methode voor het kweken van muizenembryo’s buiten de baarmoeder werd genomineerd voor Wetenschappelijke Doorbraak van het Jaar. Een andere studie van zijn laboratorium brengt ons een stap dichter bij het kweken van menselijke organen voor transplantatie.

Het realiseren van de visie van het kweken van organen voor gebruik in levensreddende transplantatieprocedures is nog ver weg. Het werk van prof. Jacob Hanna aan stamcellen maakt echter de weg vrij om dit te realiseren.

Hanna en zijn team van de afdeling Moleculaire Genetica van het Weizmann Institute of Science hebben een manier gevonden om menselijke stamcellen in een veel vroegere staat te kweken dan voorheen mogelijk was. Niet alleen dat, de stamcellen die ze hebben gemaakt, zijn veel competenter. Dit betekent dat ze efficiënter kunnen integreren met hun gastheeromgeving. Dit vergroot aanzienlijk de kans op het verkrijgen van een zogenaamde soortoverschrijdende chimera – waardoor cellen van het ene wezen een substantiële rol kunnen spelen in de ontwikkeling van een ander.

De recent gepubliceerde bevindingen tonen aan dat zeer jonge menselijke cellen kunnen worden gemaakt en vervolgens met succes kunnen worden geïntegreerd in muizen, vanwege hun ongedifferentieerde (of ‘naïeve’) toestand, waarin ze zich kunnen ontwikkelen tot elk type cel in het lichaam, inclusief andere stamcellen . Daarnaast stellen de onderzoekers een protocol op om de efficiëntie (of competentie) waarmee deze cellen kunnen integreren aanzienlijk te verhogen. Het verbeteren van ons vermogen om deze celtypen te maken en te bestuderen, zou in de toekomst kunnen worden gebruikt om cellen – zo niet organen – van het ene dier naar het andere over te dragen, inclusief mensen.

Hanna’s lab brak in 2013 door toen ze als eersten menselijke stamcellen injecteerden in muizen en lieten zien dat deze met succes kunnen integreren in de zich ontwikkelende embryo’s van de muizen. Acht jaar nadat deze studie voor het eerst werd gepubliceerd, waren Hanna en zijn team van mening dat ze nog een stap verder konden gaan door te proberen een nog eerdere, ‘volledig’ naïeve vorm van stamcellen te produceren voor gebruik in vergelijkbare procedures. Terwijl ze over het idee nadachten, wist Hanna dat dit bijna, zo niet helemaal, onmogelijk zou kunnen zijn. “Onze ervaring met het produceren van vergelijkbare cellen bij muizen heeft ons geleerd om onderweg uitdagende obstakels te verwachten”, zegt Hanna.

Deze cellen lijden normaal gesproken aan genetische en epigenetische instabiliteit, en uiteindelijk differentiëren ze niet zo goed, wat essentieel is voor een goede embryonale ontwikkeling en een voorwaarde voor hun integratie in het embryo van een ander dier. In feite slaagt slechts ongeveer 1-3 procent van de cellen die tussen soorten zijn overgedragen erin om te integreren en bij te dragen aan ontwikkeling.

Om deze aantallen te verhogen, remden de onderzoekers in de nieuwe studie twee extra signaalroutes om naïeve menselijke stamcellen te produceren met een stabiel genoom, relatief weinig stoornissen in de genregulatie, en vooral, ze differentiëren perfect. De onderzoekers muteerden ook een belangrijk gen dat bijdraagt ​​aan de stabiliteit van het genoom, wat resulteerde in niet alleen competente, maar ook competitieve stamcellen die goed kunnen integreren zonder schade aan de gastheer te veroorzaken. “We hebben een manier gevonden om menselijke stamcellen competenter en competitiever te maken, waardoor de kansen op een succesvolle overdracht ongeveer vervijfvoudigd zijn in vergelijking met wat we in het verleden konden doen”, besluit Hanna.

“Als we in de toekomst een alvleesklier bij varkens willen kweken voor menselijke transplantatie, zullen we rekening moeten houden met deze enorme evolutionaire verschillen tussen soorten – te beginnen met muizen en mensen.”

Terwijl de vorige studie aantoonde dat menselijke naïeve stamcellen kunnen differentiëren tot primordiale kiemcellen – de voorlopers van ei- of zaadcellen – kunnen de volledig naïeve stamcellen die in de huidige studie worden geproduceerd ook differentiëren tot extra-embryonale weefsels: de placenta en dooierzakcellen die het zich ontwikkelende embryo voeden. Dergelijke cellen zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt als bron voor het ontwikkelen van synthetische embryo’s zonder dat er donoreicellen nodig zijn. “Deze staat is met muisstamcellen bijzonder moeilijk te bereiken”, legt Hanna uit, en merkt op dat “menselijke cellen blijkbaar anders zijn.”

Dit is misschien wel de meest verrassende bevinding die de onderzoekers hebben gedaan – het benadrukken van de verschillen tussen het gedrag van menselijke en muizenstamcellen en tussen de verschillende toestanden van naïeve cellen. Deze verschillen leggen het werk bloot dat nog moet worden verzet om de droom van het ontwikkelen van organen op bestelling werkelijkheid te laten worden.

Volgens Hanna zal het begrijpen van deze verschillen cruciaal zijn voor het overwinnen van een groot aantal problemen waarmee we worden geconfronteerd op het gebied van stamcelonderzoek en -toepassing: “Als we in de toekomst een alvleesklier bij varkens zouden willen kweken voor menselijke transplantatie, zullen we moeten rekening houden met deze enorme evolutionaire verschillen tussen soorten, te beginnen met muizen en mensen.” Voorlopig lijkt het erop dat Hanna en zijn team een ​​constructieve sprong in die richting hebben gemaakt.

Wetenschappelijke cijfers:

Slechts 1 tot 3% van de cellen die van het ene dier naar het andere werden overgebracht, integreerden met succes en produceerden een chimerisch embryo. De nieuwe aanpak, ontwikkeld door de onderzoekers, vervijfvoudigt deze aantallen.

Wilt u graag op de hoogte blijven of meer weten over de Israëlische markt? Neem dan contact op met onze Handelsmissie in Den Haag via holland@israeltrade.gov.il of 070 376 0514.