Ondanks de nodige ethische bezwaren zou dit soort onderzoek op een dag kunnen resulteren in het kweken van menselijke organen in dieren.

Halverwege 2019 galmde het al rond: wetenschappers zouden menselijke stamcellen in apenembryo’s hebben geïnjecteerd. Het controversiële experiment ging niet geheel verwonderlijk gelijk de hele wereld over. Nu hebben de onderzoekers hun onderzoeksresultaten gepubliceerd. En hoe krankzinnig dergelijke experimenten ook lijken, de onderzoekers zijn er zeker van dat dit op een dag uitkomst zal bieden.

Menselijke stamcellen in apenembryo
Het inbrengen van menselijke stamcellen in dieren is op zich niets nieuws. Wat je krijgt is een zogenoemde chimeer, ofwel een mengsel van twee soorten. “Sinds de jaren zeventig worden er al chimeren vervaardigd – destijds met knaagdieren – om vroege ontwikkelingsprocessen te bestuderen,” vertelt onderzoeker Juan Carlos Izpisua Belmonte in een interview met Scientias.nl. “Een paar jaar geleden hebben we in vivo (oftewel in een organisme, red.) een mens-varken-chimeer gegenereerd. Uit dergelijke studies is echter gebleken dat menselijke stamcellen niet echt bijdragen aan de vorming van chimeren bij soorten die evolutionair gezien ver van de mens verwijderd staan. Het genereren van een chimeer tussen menselijke en niet-menselijke primaten (een soort die nauwer verwant is aan de mens dan alle voorheen gebruike dieren) stelt ons in staat om meer inzicht te krijgen in de vraag of er evolutionair opgelegde barrières bestaan voor het genereren van chimeren en hoe we deze zouden kunnen overbruggen.”

20 dagen
In de huidige studie werden apenembryo’s, zes dagen nadat ze tot stand waren gekomen, geïnjecteerd met 25 menselijke stamcellen. Na één dag troffen de onderzoekers al menselijke cellen in 132 embryo’s aan. Na 10 dagen ontwikkelde 103 van deze chimere embryo’s zich nog steeds. Daarna nam de overleving snel af. Op dag 19 waren er nog maar drie chimeren in leven. Uiteindelijk hield het bij 20 dagen op. Een belangrijke kanttekening is echter dat het percentage menselijke cellen in de embryo’s aanzienlijk bleef gedurende de gehele ontwikkeling.

Deze afbeelding toont een mens-aap-chimeer. Afbeelding: Weizhi Ji, Kunming University of Science and Technology

Dat de chimere embryo’s bijna drie weken wisten te overleven is best lang. “De ontwikkeling van de apenembryo’s werd belemmerd tijdens de in vitro-kweek (oftewel buiten het lichaam, in kweekculturen in het lab, red.) aangezien de methodologie die we gebruikten niet volledig identiek is aan de in vivo-omstandigheden,” legt Izpisua Belmonte uit. “Dit zal waarschijnlijk niet alleen van invloed zijn op de ontwikkeling van de apenembryo’s, maar ook op de ontwikkeling van toekomstige menselijke donorcellen. Ondanks deze overweging is het echt verrassend dat veel embryo’s zich gedurende een lange periode ontwikkelden.”

Donortekort
Je vraagt je misschien af waarom dit soort toch wel omstreden onderzoek plaatsvindt. En het antwoord is eigenlijk simpel. We hebben op dit moment te maken met een donortekort. En het achterliggende idee van dergelijke studies is om dieren te gebruiken voor het kweken van organen – zoals een nier of lever – die volledig uit menselijke cellen bestaan. Deze organen kunnen vervolgens ingezet worden bij orgaantransplantaties. “Dergelijke studies zouden op een dag mogelijk kunnen resulteren in het vermogen om vervangend menselijk weefsel te kweken, zoals hart- en nierweefsel,” legt Izpisua Belmonte uit. “Mens-makaak-chimeren onthullen bijvoorbeeld onschatbare informatie over hoe menselijke cellen zich ontwikkelen en integreren en hoe cellen van verschillende soorten met elkaar communiceren. Door een beter begrip te krijgen van de moleculaire routes die hierbij betrokken zijn, zouden we uiteindelijk de integratie van menselijke cellen in gastheren zoals varkens (die evolutionair gezien weer verder van de mens af staan) kunnen verbeteren. En dat zou vervolgens weer van toepassing kunnen zijn in de regeneratieve geneeskunde.”

Organen kweken in dieren: hoe werkt het?
In theorie gaat dat zo. Een embryo – bijvoorbeeld dat van een varken – wordt zo aangepast dat het geen alvleesklier ontwikkelt. Vervolgens worden er menselijke stamcellen ingebracht met als doel om een menselijke alvleesklier in het varken te kweken. Als die alvleesklier vervolgens ‘af’ is, zou deze uit het varken gehaald kunnen worden en in een mens geïmplanteerd. Bovendien zouden er ook specifieke stamcellen van de patiënt gebruikt kunnen worden waardoor de kans dat het donororgaan wordt afgestoten enorm afneemt.

Overigens heeft het onderzoek niet alleen implicaties voor orgaantransplantaties. “Dit type onderzoek is bijvoorbeeld ook belangrijk voor het ontwikkelen van nieuwe inzichten in de biologische ontwikkeling tijdens de embryogenese en evolutie,” legt Izpisua Belmonte uit. Chimeren zouden bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden om de vroege menselijke ontwikkeling te bestuderen. Maar het zou ook uitkomst kunnen bieden bij onderzoek naar verscheidende ziektes. “Het kan helpen om kandidaat-geneesmiddelen nauwkeuriger te testen dan traditionele diermodellen dat kunnen,” zegt Izpisua Belmonte. “Bovendien kan het relevant zijn voor onze kennis over processen zoals veroudering, wat de grootste risicofactor voor veel menselijke ziektes is (denk aan Alzheimer, hartziektes, kanker) maar die op cellulair niveau nog niet goed wordt begrepen.”

Ethiek
Ondanks de enorme potentie van dergelijke studies is het echter de vraag hoe ethisch het eigenlijk is. In dit stadium weten we namelijk nog niet precies wat we creëren. Bovendien wordt het gebruik van apen voor wetenschappelijk onderzoek juist zoveel mogelijk beperkt. “Dit werk is grondig en uitgebreid herzien,” benadrukt Izpisua Belmonte. “Zowel op institutioneel niveau als via niet-aangesloten bio-ethici met ervaring in staats- en nationaal beleid binnen dit onderzoeksveld. Al ons werk wordt altijd geleid door bestaande ethische en wettelijke richtlijnen en wordt beoordeeld en goedgekeurd door alle relevante en de daarvoor bevoegde commissies.”

Hoewel het kweken van menselijke organen in andere soorten nu nog in de kinderschoenen staat, bewijzen de onderzoekers met de studie dat dit toekomstbeeld toch steeds dichterbij komt. Bovendien kan dergelijk onderzoek volgens het team dus ook op andere vlakken uitkomst bieden. “Omdat we bepaalde soorten experimenten bij mensen niet kunnen uitvoeren, is het essentieel dat we betere modellen hebben om de menselijke biologie en ziekten nauwkeuriger te bestuderen en te begrijpen,” zegt onderzoeker Juan Carlos Izpisua Belmonte. “Een belangrijk doel van de experimentele biologie is de ontwikkeling van modelsystemen die het makkelijker maken om menselijke ziekten onder in vivo-omstandigheden te bestuderen.” En met deze studie doen onderzoekers – hoe je het ook bekijkt – een belangrijke stap in die richting.