Eigen kweek: de toekomst van regeneratieve geneeskunde

Het hart voorziet het hele lichaam van bloed. Een fractie van dit bloed vloeit via de coronaire slagaders terug naar de hartspier, omdat die zelf natuurlijk ook bloed nodig heeft. Als deze slagaders verstopt raken – zoals bij een hartaanval – kan de hartspier afsterven. Er zijn heel wat therapieën gericht op het oplossen van zo’n verstopping, zoals een angioplastiek of een bypass. Tijd is bij deze interventies een cruciale factor. Hoe sneller de bloedsdoorloop hersteld is, hoe meer hartspier er gered kan worden.

Time is muscle, wordt wel eens gezegd. Maar als de schade aan het hart té groot is, dan zal er een transplantage overwogen moeten worden. Helaas is het probleem met een harttransplantatie dat er een chronisch tekort is aan donoren, waardoor de wachtlijsten heel erg lang zijn. Daarom wordt er steeds meer onderzoek gedaan naar de zogenaamde regeneratieve therapieën, die het mogelijk moeten maken om zelf hartweefsel te kweken.

De macht van stamcellen

Om weefsel te kweken, heb je een hoopje cellen nodig. En niet zomaar eender welke cellen. Gedurende de embryonale ontwikkeling worden alle belangrijke organen gevormd uit stamcellen. Deze stamcellen kunnen zich, afhankelijk van de (chemische en fysische) signalen die ze krijgen, verder ontwikkelen in allerhande gespecialiseerde cellen. Dit proces heet differentiatie. De ene stamcel differentieert zich in een hartcel, de andere in een darmcel. De mogelijkheid van stamcellen om in eender welke cel te ontwikkelen, heet pluripotentie. En deze eigenschap maakt ze heel erg geschikt om ze als bouwsteen voor eender welk weefsel te gebruiken. Als we pluripotente stamcellen zo kunnen stimuleren dat ze differentiëren in een hartcel of een darmcel, dan kunnen we in principe gelijk welk orgaan nabouwen in het laboratorium.

Maar zijn deze stamcellen makkelijk te vinden? En hoe kunnen we ze gebruiken om hartdefecten te herstellen?

Waar vind je stamcellen?

Differentiatie is een natuurlijk proces, en het spreekt voor zich dat in een volgroeid, volwassen lichaam de meeste cellen al gedifferentieerd zijn. De weinige ‘volwassen’ stamcellen die er nog zijn, zijn voornamelijk nog multipotent. Deze cellen kunnen differentiëren in bepaalde soorten cellen, maar lang niet meer allemaal – ze zijn dus niet meer volledig pluripotent. Klinische testen met dit soort stamcellen hebben tot nu geleid tot verschillende problemen, wat het moeilijk maakt om een uitspraak te doen over hun echte toepasbaarheid. Wat er wel al aangetoond is, is dat deze cellen speciale stoffen afscheiden die een helende (anti-inflammatoire) respons opwekken. Ook zonder rechtstreeks nieuwe hartcellen te kweken, zijn deze ‘volwassen’ multipotente stamcellen dus waardevol¹.

Die volwassen, gedifferentieerde cellen zijn ook niet compleet nutteloos.  Als we erin slagen om dat natuurlijke proces van differentiatie kunstmatig om te keren, dan kunnen we vanuit gedifferentieerde cellen terug pluripotente stamcellen krijgen. Dit proces staat logischerwijze bekend als de-differentiatie. Ze biedt een tweede mogelijkheid om bruikbare stamcellen te produceren.

Een derde mogelijkheid is om niet in het lichaam van de patiënt zelf te zoeken, maar in een embryo, waar pluripotente stamcellen talrijk aanwezig zijn. Als we deze stamcellen uit de embryo isoleren, kunnen we ook een hele voorraad verkrijgen. Hier is uiteraard wel een ethisch vraagstuk aan verbonden waar in de toekomst nog lustig over gediscussieerd zal moeten worden².

Wat kunnen we aanvangen met die stamcellen?

Pluripotente stamcellen – op welke manier ze ook verkregen worden - kunnen in het labo vermenigvuldigd en gestimuleerd worden zodat ze zich massaal ontwikkelen in hartcellen. Daarna injecteert de arts ze recht in het hart, of worden ze verwerkt in een soort beschermende matrix die dan operatief in het beschadigde hartweefsel wordt ingevoegd. Deze regeneratieve therapieën vormen dus een significante upgrade in vergelijking met de conventionelere therapieën. Waar een angioplastiek of bypass vroeger enkel maar verdere schade kon beperken, kunnen deze nieuwe therapieën de hartspier ook echt herstellen met gloednieuwe hartcellen.

Maar een volledig alternatief voor een harttransplantatie hebben we op dit moment nog niet. Zou het mogelijk zijn om in het labo niet enkel een paar hartcellen te kweken, maar ook een volledig nieuw hart?

Van cel naar orgaan

In principe is het idee van een ‘bio-engineered heart’ eenvoudig genoeg. Eén optie is bijvoorbeeld om alle cellen uit het hart van een (overleden) donor weg te nemen en daarna pluripotent gemaakte stamcellen van de patiënt in te voegen op de overgebleven hartstructuur. Dat heeft iets weg van een gebouw helemaal plat te gooien – op de fundamenten na – en er daarna iets nieuws op te bouwen. De meest uitdagende stap is echter de differentiatie van deze pluripotente stamcellen. Aan de hand van een reeks ingenieus uitgedokterde chemische en fysische signalen moeten de stamcellen gestimuleerd worden om zich te ontwikkelen tot gespecialiseerde hartcellen – net zoals tijdens de embryonale ontwikkeling gebeurt.

Deze hartstructuur kan dan ingebed worden in een reactor die de hartfunctie nabootst. Pas als de pluripotente stamcellen ‘geloven’ dat ze zich in een levend hart bevinden, inclusief alle signalen die ze daar normaliter ontvangen, zullen ze zich op een correcte manier differentiëren. Ondanks het feit dat heel wat labo’s zijn al bezig met verschillende stappen van deze hele onderneming te onderzoeken en te testen, staat deze ‘bio-engineered heart’ nog ver verwijderd van klinische realiteit³.

Ongeziene complexiteit

Harten kweken en patiënten behandelen met hun eigen stamcellen is een ongelofelijk complex verhaal. De echte klinische toepassingen van deze therapieën zijn nog heel erg beperkt. In 2019 is in China al een hartpatiënt met succes behandeld met zijn eigen gededifferentieerde pluripotente stamcellen. Veiligheid is hier wel een belangrijk item: pluripotent gemaakte stamcellen vormen een verhoogd risico voor tumorvorming. Het zal dus zeker nog even duren voor deze therapieën routineus in het ziekenhuis uitgevoerd kunnen worden.

Noten

1. Eleuteri et al., Insights into the Secretome of Mesenchymal Stem Cells and Its Potential Applications, International Journal of Molecular Sciences, 2019

2. Abou-Saleh et al., The march of pluripotent stem cells in cardiovascular regenerative medicine, Stem Cell Research & Therapy, 2018

3. Gordana Vunjak-Novakovic et al., Bioengineering of Heart Muscle: A Paradigm for Regenerative Medicine, Annual Review of Biomedical Engineering, 2012.