Stamcellen (cellula praecursoria)

Het is al een tijdje rustig met de berichtgeving omtrent stamcellen en de ontwikkelingen op dat gebied. Toch staat het onderzoek naar stamcellen en stamceltherapie niet stil. Toen aan het eind van de jaren '80 van de vorige eeuw voor het eerst zo een oercel uit een embryo werd geïsoleerd leken de mogelijkheden van stamcellen voor de geneeskunde onbeperkt. Het onderzoek naar stamcellen en de mogelijkheden ervan staan natuurlijk nog maar in de kinderschoenen, maar heden ten dage wordt over de hele wereld onderzoek gedaan naar het cultiveren en differentiëren van stamcellen. Ondertussen is het gebruik van stamcellen op sommige gebieden in de geneeskunde al aardig ingeburgerd. Maar wat zijn stamcellen eigenlijk, waar komen ze vandaan en zijn stamcellen nog steeds het wondermiddel voor toekomstige geneeskunde?

Inhoud

• Wat zijn stamcellen?
• De verschillende soorten stamcellen
• Wat zijn de verschillen tussen de soorten stamcellen?
• Multipotente- omvormen tot pluripotente stamcellen
• Stamcellen oogsten
• Stamcellijnen
• Stamcellen differentiëren naar cellen, weefsels of organen
• Waarom is stamcelonderzoek belangrijk?
• Wat zijn de eventuele mogelijkheden voor de gezondheidszorg?

Wat zijn stamcellen?

Stamcellen (cellula praecursoria) zijn een soort van ongeprogrammeerde cellen die zich (theoretisch gezien) onbeperkt kunnen delen en in ieder ander gespecialiseerde celtype kunnen veranderen (differentiëren). Zo kunnen embryonale stamcellen zich differentiëren in elk van de meer dan 220 celtypen waaruit het menselijke lichaam bestaat. Voor andere stamcellen geldt dat een en ander afhankelijk is van waar de stamcel is geoogst en wat voor soort stamcel het is. Stamcellen worden gewoonlijk onderverdeeld in embryonale stamcellen en volwassen stamcellen. Ook maakt men het onderscheid of een stamcel pluripotent of multipotent is. Pluripotente stamcellen kunnen zich in iedere ander celtype differentiëren terwijl multipotente stamcellen zich kunnen differentiëren tot de verschillende celtypen die in één specifiek weefsel voorkomen (bijvoorbeeld de lever).

De verschillende soorten stamcellen

Men onderscheidt vier differentiatiegraden van stamcellen, in aflopende volgorde (derivatie) zijn dit:

• totipotente stamcellen (oerstamcel)
• pluripotente stamcellen
• multipotente stamcellen
• unipotente stamcellen

Totipotente stamcellen zijn pluripotent en kunnen zich in elk ander celtype differentiëren. In de eerste instantie bestaat een menselijk embryo uit enkel totipotente stamcellen.
Pluripotente stamcellen kunnen differentiëren tot cellen van alle drie de ‘kiemlagen van het embryo’ (ectoderm, mesoderm en het endoderm),
Multipotente stamcellen zijn stamcellen die tot een beperkt aantal celtypes kunnen differentiëren.
Unipotente stamcellen kunnen slechts in één celtype differentiëren.

Wat zijn de verschillen tussen de soorten stamcellen?

De verschillen tussen de soorten stamcellen wordt bepaald door de herkomst van de stamcel.

Totipotente stamcellen

Een bevruchte eicel is een totipotente stamcel ofwel een oerstamcel. In het juiste milieu kan een totipotente stamcel uitgroeien tot een compleet organisme (bijv. een mens) met alle daarbij horende >220 celtypen.

Pluripotente stamcellen

Na drie dagen bestaat een eicel uit acht niet-gedifferentieerde cellen, het morulastadium. Na vier tot vijf dagen wordt het 32-cellig morulastadium bereikt, deze celklomp wordt het blastocyst genoemd. Stamcellen geoogst uit deze blastocyst zijn ook nog pluripotente stamcellen. Later kunnen er uit de kiemschijf van deze celklomp ook stamcellen worden geoogst. Hier bevinden zich de ectoderm-, mesoderm- en enoderm kiemlagen. Het buitenste kiemblad, de ectoderm, groeit onder andere uit tot:

• Zenuwstelsel,
• Hersenen,
• Ruggenmerg,
  Bron: Snch, Wikipedia, Wikimedia Commons (CC BY-SA-2.5)
• Huid,
• Ooglens.

Het binnenste kiemblad, de endoderm, groeit onder andere uit tot:

• Spijsverteringskanaal,
• Ademhalingsstelsel (longen en luchtpijp),
• Urinewegen.

Het middelste kiemblad, de mesoderm, groeit onder andere uit tot:

• Skelet,
• Bloedcellen,
• Bindweefsel,
• Spieren,
• Voortplantingssysteem.

Een andere bron waar men pluripotente stamcellen kan oogsten is foetaal weefsel van afgebroken zwangerschappen (germ cel). Deze primordiale kiemcellen zijn de voorlopers van geslachtscellen. De hieruit geoogste stamcellen kunnen zich differentiëren in de drie (hierboven beschreven) kiemlagen. Stamcellen kunnen ook uit het navelstrengbloed worden geoogst. Het nadeel van deze stamcellen is dat ze zich maar maximaal tachtig maal kunnen delen.

Multipotente stamcellen

Multipotente stamcellen zijn voornamelijk volwassen stamcellen. Deze volwassen stamcellen zijn nog niet gedifferentieerde cellen die na de geboorte voorkomen in gedifferentieerd weefsel. Ze zijn in het lichaam nodig om cellen met een korte levensduur te verversen. Volwassen stamcellen vindt men bijvoorbeeld als bloedvormende stamcellen in het rode beenmerg, neurale stamcellen uit hersenweefsel of stamcellen in huid- en vetweefsel. Tegenwoordig gaat men er van uit dat in elk orgaan van een volwassen persoon een hoeveelheid volwassen stamcellen aanwezig is.

Unipotente stamcellen

Unipotente stamcellen zijn ook volwassen stamcellen die zich slechts in een specifieke cel kunnen differentiëren.

Multipotente- omvormen tot pluripotente stamcellen

Vanwege het gebruik van embryonaal weefsel ontstonden er ethische bezwaren omtrent het gebruik van stamcellen. Het grote voordeel van embryonale stamcellen was dat deze pluripotent waren en ze in ieder ander celtype kunnen differentiëren. Multipotente stamcellen (volwassen stamcellen) kunnen zich maar tot een beperkt aantal celtypes differentiëren. Echter in 2007 werd een methode ontwikkeld om gedifferentieerde stamcellen om te vormen tot pluripotente stamcellen. Op deze manier is het mogelijk om bijvoorbeeld gedifferentieerde huidcellen om te zetten in spier- of zenuwcellen. Deze omgevormde stamcellen worden geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen) genoemd. Deze iPS-cellen hebben enkele voordelen ten opzichte van embryonale stamcellen. IPS-cellen zijn namelijk:

• onbeperkt beschikbaar,
• afkomstig van de patiënt zelf, wat de kans op afstoting verkleind.

Het is een vrij nieuwe ontwikkeling maar men verwacht in de toekomst dat er allerlei verschillende soorten weefsels mee ontwikkelt kunnen worden.

Stamcellen oogsten

Tot op enkele jaren geleden was een beenmergtransplantatie de manier om stamcellen te oogsten. Tegenwoordig gebeurt dit nog sporadisch. Tegenwoordig worden stamcellen vrijwel altijd uit het bloed gehaald. Er zijn echter weinig stamcellen te vinden in gewoon bloed. Om het aantal stamcellen te verhogen in de bloedbaan krijgt de patiënt eerst medicijnen toegediend die er voor zorgen dat de stamcellen vanuit de beenmergholte in het bloed komen.

Stamcellijnen

Heeft men eenmaal stamcellen geoogst dan is het zaak een stamcellijn op te zetten. Een stamcellijn is eigenlijk het telen (cultiveren/vermenigvuldigen) van deze cellen. Hiervoor is een speciale voedingsbodem nodig, de zogenaamde feeder-layers. Het is zaak dat tijdens de celdeling de stamcellen pluripotent blijven en zich niet spontaan gaan differentiëren. Het is niet gemakkelijk om stamcellijnen op te zetten, men moet rekening houden met:

• juiste voedingsbodem,
• contaminatie van de stamcellijn,
• vermijden van spontane differentiatie,
• afstellen van de juiste groeifactoren voor cultivering.

Dat al deze problemen niet zo maar overwonnen zijn blijkt wel uit het feit dat er na jaren van onderzoek wereldwijd nog maar rond de vierhonderd stamcellijnen zijn opgezet.

Stamcellen differentiëren naar cellen, weefsels of organen

Het moeilijkste maar ook het meest veelbelovende deel van stamcelonderzoek is het differentiëren van stamcellen naar gedifferentieerde cellen, weefsel of zelfs complete organen met de gewenste specialisaties. Dit moet op gecontroleerde manier gebeuren zodat spontane woekeringen, instabiele en/of verkeerde differentiaties wordt voorkomen.

Waarom is stamcelonderzoek belangrijk?

Het onderzoek naar het gebruik en de werking van stamcellen heeft op verschillende gebieden in de medisch wetenschap veelbelovende vooruitzichten. Ten eerste kan het inzicht geven hoe een stamcel zich transformeert in één van de 220 gespecialiseerde celtypen in ons lichaam. Veel levensbedreigende ziektes (zoals kanker) en geboorte afwijkingen zijn het gevolg van een fout die optreedt tijdens dit proces. Een beter begrip van dit proces zou de kans op het detecteren van eventuele fouten in het proces kunnen vergroten. Ook zou door een beter begrip van celontwikkeling de wetenschap in de toekomst eventuele fouten wellicht kunnen corrigeren.

Een tweede veelbelovende ontwikkeling die wellicht door stamcelonderzoek mogelijk wordt, is het maken van nieuwe cellen of celweefsel voor organen, of zelfs complete nieuwe organen. Tegenwoordig is het aantal mensen die een orgaantransplantatie zouden moeten ondergaan vele malen groter dan het aantal beschikbare organen.

Wat zijn de eventuele mogelijkheden voor de gezondheidszorg?

Tegenwoordig treft men de meeste successen aan op het terrein van volwassen stamcellen, waarvan de behandeling met leukemie (beenmergtransplantatie) het bekendste voorbeeld is. Pluripotente stamcellen zijn waarschijnlijk in de toekomst een nieuwe bron van vervangbare cellen voor een heleboel aandoeningen, ziekten en afwijkingen zoals: Parkinson (neuronen), Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS) en multipele sclerose (MS) (beenmergcellen), brandwonden (huidtransplantaten), diabetes (β-cellen), hartaandoeningen (hartspiercellen), cirrose (levercellen), herseninfarct (neuronen), ruggenmergaandoeningen (beenmergcellen) en artritis.

Voor meer info zie: Stem Cell Universe with Stephen Hawking

Lees verder

• Protonentherapie in de strijd tegen kanker
• Vrije radicalen, anti-oxidanten, superfood en kanker
• Ontwikkeling van ons brein in de "derde leeftijd"