Meest recent

    Voor het eerst kunstmatig muizenembryo uit stamcellen gecreëerd

    Onderzoekers van de universiteit van Cambridge hebben voor het eerst stamcellen van muizen in een gel laten uitgroeien tot een primitief embryo. Dat embryo vertoonde dezelfde interne structuur als een normaal embryo. De onderzoekers hopen hetzelfde te doen met menselijke stamcellen, en zo meer te weten te komen over wat er gebeurt, en wat er mis kan gaan in het begin van een zwangerschap.
    JUAN GAERTNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY
    Een voorstelling van stamcellen.

    De transformatie van een bevruchte eicel in een klein, levend embryo is een van de meest indrukwekkende verwezenlijkingen van de natuur. En nu hebben onderzoekers die cruciale stap naar een nieuw leven in een laboratorium kunnen herhalen door twee verschillende soorten stamcellen in een gel uit te laten groeien tot een kunstmatig embryo.   

    In het experiment werden afzonderlijke embryonale stamcellen gemengd met kleine hoeveelheden trofoblasten, cellen die de buitenste laag vormen van een blastocyste en die het embryo van voedsel voorzien en later een groot deel van de placenta vormen. Een blastocyste is een bevruchte eicel die zich gedeeld heeft en die de vorm van een hol balletje heeft. Het is een voorstadium van een embryo.

    De cellen werden in een halfvaste gel geplaatst, die dienst deed als een soort van "stelling", en het embryo moest toelaten om zich in drie dimensies te ontwikkelen. De onderzoekers lieten de cellen zich gedurende zeven dagen ontwikkelen, zowat een derde van een normale zwangerschap bij muizen.

    Na zeven dagen had de mengelmoes van cellen zich vermeerderd en zich zelf geordend in verschillende populaties. Er waren twee anatomische delen die normaal vervolgens de placenta en de embryonale muis zouden worden, en ook de embryonale cellen waren begonnen twee verschillende populaties te vormen. Een groep cellen, het zogenoemde mesoderm, zou normaal uitgroeien tot het hart, de beenderen en de spieren, terwijl een andere groep cellen bevatte die de hersenen, de huid en de ogen zouden worden.

    "Het embryo heeft anatomisch correcte regio's die zich op de juiste plaats ontwikkelen, en op de juiste tijd", zei professor Magdalena Zernicka-Goetz (kleine foto), een ontwikkelingsbiologe die de leiding had over de studie. "Voor ons was dat het meest verbazende aspect", zo zei ze in The Guardian.

    Het lijkt er op dat een soort van communicatie tussen de twee verschillende soorten stamcellen het embryo ertoe aanzet om zichzelf op die manier te organiseren.

    "We wisten al dat interacties tussen de verschillende soorten stamcellen belangrijk zijn voor de ontwikkeling, maar het meest opvallende aspect dat ons nieuwe werk aantoont, is dat het om een echt partnerschap gaat, - deze cellen wijzen elkaar echt de weg", zo zei Zernicka-Goetz aan de BBC.

    Hoewel het kunstmatige embryo goed lijkt op een echt embryo, zeggen de onderzoekers dat het weinig waarschijnlijk is dat het zich verder zou kunnen ontwikkelen tot een gezonde foetus. Daarvoor zou een derde soort van stamcellen nodig zijn, die zich ontwikkelen tot de dooierzak, die het embryo van voedsel voorziet en waarin zich een netwerk van bloedvaten vormt.

    ASKLEPIOS MEDICAL ATLAS/SCIENCE PHOTO LIBRARY

    Een blastocyste, een vroeg stadium van het embryo, net voor de innesteling in de baarmoederwand (endometrium, baarmoederslijnvlies). De blastocyste bestaat uit een holte, de blastocoel, die omgeven wordt door een enkele laag trofoblasten, en waarin zich embryoblasten bevinden, de "inner cell mass", die later het embryo zal vormen.

    Problemen in vroegste stadia zwangerschap

    Het is niet de bedoeling van de onderzoekers om muizen - of baby's - buiten de baarmoeder te kweken. In de plaats daarvan willen ze een heel nieuw perspectief bieden op de ontwikkeling van het embryo net voor de innesteling, net voor het embryo zich gaat vasthechten aan de baarmoeder. 

    Tot nu toe hebben onderzoekers grote moeilijkheden om de driedimensionale structuur van een beginnend embryo buiten het lichaam te reproduceren, en in de baarmoeder van de moeder is het nog te klein om het in alle details waar te kunnen nemen met een echoscopie.

    "Dit is het tijdstip van de innesteling, wanneer het embryo het lichaam van de moeder binnendringt", zei Zernicka-Goetz. "Enkele weken later kan je het observeren met een echoscopie, maar in dit stadium is het zeer mysterieus."

    Wetenschappers geloven dat tot twee derde van de misvallen plaatsvinden voor het embryo zich ingenesteld heeft, en vaak voor de vrouw zelfs weet dat ze zwanger is.

    "Het zou een grote hulp zijn als we de basisprincipes van de zwangerschap in dit stadium echt zouden begrijpen", zei Zernicka-Goetz.

    FRANCIS LEROY, BIOCOSMOS/SCIENCE PHOTO LIBRARY

    Een computervoorstelling van de ontwikkeling van een embryo. Hier wordt de zogenoemde gastrulatie getoond, waarbij een aantal cellen (rechts onderaan in illustratie twee) een gleuf vormen, en dan naar binnen migreren. Vervolgens diversifiëren de cellen zich tot de drie kiemlagen: het ectoderm (geel), het endoderm (rood) en het mesoderm (groen). Het ectoderm vormt de huid en het zenuwstelsel, het endoderm vormt het spijsverteringsstelsel, de klieren en de longen, en het mesoderm vormt het bindweefsel, het skelet, de spieren en het urogenitaal stelsel.

    Menselijke embryo's

    Het team is ook van plan om gelijkaardige kunstmatige embryo's te creëren met menselijke stamcellen. Zernicka-Goetz en haar team is er onlangs als eerste in geslaagd normale menselijke embryo's 13 dagen in leven te houden in het laboratorium.

    Het feit dat het team voor de kunstmatige menselijke embryo's stamcellen zou gebruiken in plaats van te vertrekken vanuit een bevrucht ei, kan maken dat men het tekort aan menselijke embryo's voor onderzoek kan omzeilen. Momenteel worden embryo's voor wetenschappelijk onderzoek ontwikkeld uit eicellen die door IVF-instellingen gedoneerd worden, en is er een tekort aan, terwijl embryonale stamcellen gekweekt kunnen worden en er daaraan geen gebrek is. 

    Bovendien gelden er beperkingen op experimenten met menselijke embryo's, in het Verenigd Koninkrijk zijn die bijvoorbeeld beperkt tot de eerste 14 dagen van de ontwikkeling. Voor de kunstmatige embryo's zouden die beperkingen mogelijk niet gelden.

    Een probleem is wel dat men nog niet weet hoe men trofoblasten, de tweede soort stamcellen die men nodig heeft, uit menselijke embryo's kan oogsten.

    "We zijn zeer optimistisch dat dit ons zal toelaten om de belangrijkste gebeurtenissen in deze cruciale fase van de menselijke ontwikkeling te bestuderen, zonder dat we moeten werken op echte embryo's", zei Zernicka-Goetz aan The Guardian. "Weten hoe de ontwikkeling normaal verloopt, zal ons toelaten te begrijpen waarom het zo vaak mis gaat."

    Nick Macklon, een professor verloskunde en gynaecologie aan de University of Southhampton, is het er mee eens dat het onderzoek nieuwe inzichten kan opleveren die kunnen helpen om het aantal misvallen in de toekomst te verminderen. "Als ze er in slagen dit te bereiken met menselijke embryo's, ben ik er zeker van dat we meer zullen te weten komen over waarom de vroege ontwikkeling van embryo's mis gaat en waarom sommige embryo's zich niet innestelen", zei hij. "Dit is erg indrukwekkend en belangrijk werk."

    "Ik kijk er naar als naar een wonder van de natuur, en tegelijk probeer ik het proces te begrijpen", zei Zernicka-Goetz in The Guardian. "Het is ongelooflijk mooi dat we de krachten kunnen beginnen te begrijpen die de zelf-organisatie teweegbrengen in de vroegste stadia van de ontwikkeling."

    De studie van Magdalena Zernicka-Goetz en haar team is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift "Science"