Gehoopt wordt dat deze meer inzicht kunnen geven in de meest prille stadia van een mensenleven.

Het is onderzoekers gelukt om menselijke pluripotente stamcellen op zeer efficiënte wijze uit te laten groeien tot embryo-achtige structuren. Een doorbraak. “Andere wetenschappers hebben kunstmatige muizen-embryo’s gemaakt,” vertelt onderzoeker Jianping Fu aan Scientias.nl. “Wij zijn de eerste onderzoeksgroep die erin geslaagd is om op zeer gecontroleerde en opschaalbare wijze menselijke ‘embryo-achtige structuren’ te maken.”

Heel efficiënt
Om deze menselijke embryo-achtige structuren te verkrijgen, maakten Fu en collega’s gebruik van menselijke pluripotente stamcellen. Dit zijn cellen die het in zich hebben om uit te groeien tot alle drie de kiemlagen van het embryo en dus uitermate geschikt voor het creëren van embryo-achtige structuren. Toch waren de resultaten van eerdere onderzoeken waarin pluripotente stamcellen met dit doel werden ingezet, wisselend. “Eerder vertrouwden wetenschappers – waaronder ook onze onderzoeksgroep – op enkele intrinsieke zelf-organiserende eigenschappen van menselijke pluripotente stamcellen,” legt Fu uit. De stamcellen werden in een conventionele 3D-cultuur opgekweekt om menselijke embryo-achtige structuren te verkrijgen. “Maar aangezien de ontwikkeling van zulke embryo-achtige structuren in 3D-culturen vrij willekeurig en stochastisch verloopt, is dit niet zo’n efficiënte aanpak.” Zo zagen Fu en collega’s in een eerder onderzoek bijvoorbeeld slechts 5% van de pluripotente stamcellen in een 3D-cultuur daadwerkelijk uitgroeien tot embryo-achtige structuren. “Voor dit nieuwe onderzoek hebben we een microfluïdisch apparaat ontwikkeld waarin we de omstandigheden waaronder de menselijke pluripotente stamcellen worden opgekweekt heel goed kunnen controleren en reguleren. Zo kunnen we menselijke pluripotente stamcellen heel efficiënt opkweken tot embryo-achtige structuren.” Maar liefst 95% van de pluripotente stamcellen groeide in het nieuwe experiment van Fu en collega’s uit tot embryo-achtige structuren.


Waardevol
En het is die efficiëntie die het onderzoek van Fu zo waardevol maakt. Onderzoekers zijn nu namelijk in staat om in korte tijd veel embryo-achtige structuren op te kweken die vervolgens uitgebreid bestudeerd kunnen worden. “We hebben nu voor het eerst een betrouwbaar experimenteel platform waarop we ontwikkeling van de mens – en dan met name in dat eerste stadium, rond de periode dat het menselijke embryo zich innestelt – te bestuderen,” legt Fu uit. “Deze periode van de menselijke ontwikkeling wordt ook wel aangeduid als de ‘zwarte doos-periode’ van de menselijke ontwikkeling, omdat embryo’s zodra ze zich in de baarmoeder innestelen onzichtbaar worden en dus heel lastig te bestuderen zijn.” Gehoopt wordt dat de embryo-achtige structuren, gemaakt uit menselijke stamcellen, meer inzicht kunnen geven in de ontwikkeling van het prille embryo. Maar de embryo-achtige structuren bieden nog meer mogelijkheden. Zo kunnen onderzoekers ze blootstellen aan bepaalde medicijnen of chemische stoffen om te kijken of deze een schadelijk effect hebben op het prille embryo. “Zo kunnen we wellicht miskramen en aangeboren afwijkingen voorkomen.”

Geen echte embryo’s
Hoewel het onderzoek belangrijke implicaties heeft, zullen sommige mensen toch wat nerveus worden van het idee dat wetenschappers in hun laboratorium embryo’s aan het maken zijn. “We begrijpen het volledig dat sommige mensen zich ongemakkelijk voelen bij het idee van synthetische of kunstmatige embryo’s,” stelt Fu. Maar hij kan niet vaak genoeg benadrukken dat de structuren die hij in zijn laboratorium heeft opgekweekt dat niet zijn. “Kunstmatige of synthetische embryo’s zouden – als we ze in een baarmoeder zouden plaatsen – in staat zijn om zich tot foetussen te ontwikkelen – onze modellen kunnen dat niet. Ze kunnen geen enkel organisme vormen. Het zijn klompen cellen die – gedurende korte tijd – delen van een ontwikkelende embryo imiteren.” Heel concreet missen de embryo-achtige structuren van Fu en collega’s belangrijke celtypen, zoals de cellen die zich ontwikkelen tot de placenta.

“Het is heel, heel onwaarschijnlijk dat het wenselijk wordt om complete synthetische embryo’s te maken met behulp van menselijke stamcellen”

Vier dagen
De embryo-achtige structuren hielden bovendien maar zo’n vier dagen stand. “We beëindigden alle experimenten met opzet binnen vier dagen, omdat de embryo-achtige structuren instortten en uiteenvielen. In andere woorden: we konden de embryo-achtige structuren niet langer dan vier dagen goed houden.” In de toekomst hoopt Fu dat daar verandering in komt. “We denken nu na over manieren om de periode waarin onze embryo-achtige structuren zich voortdurend en correct ontwikkelen, te verlengen.”


Of het ooit zal leiden tot echte synthetische embryo’s? Dat is zeer twijfelachtig, aldus Fu. “Het is heel, heel onwaarschijnlijk dat het wenselijk wordt om complete synthetische embryo’s te maken met behulp van menselijke stamcellen. Het genereren van complete synthetische embryo’s brengt serieuze ethische vragen met zich mee (gaan we geëngineerde mensen genereren? of mensen klonen?); en er zijn geen goede wetenschappelijke redenen om dat te doen. Veel belangrijke wetenschappelijke vragen kunnen beantwoord worden door gebruik te maken van synthetische modellen die slechts een deel van de conceptie imiteren.”