Wetenschappers ontdekken sleutelsignaal voor kunstmatige bloedproductie

Wetenschappers zijn een stap dichter bij het creëren van kunstmatig bloed: de ontdekking van een belangrijk signaal, CXCL12, zou de productie van rode bloedcellen efficiënter kunnen maken.

Wetenschappers werken al tientallen jaren aan de kunstmatige productie van bloed. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Konstanz en Queen Mary University of London een grote stap voorwaarts gezet met een nieuwe ontdekking.

In Duitsland zijn dagelijks zo'n 15.000 eenheden bloed nodig, waarvan het grootste deel afkomstig is van donoren. Onderzoek naar alternatieve methoden voor bloedverkrijging, waaronder kunstmatige massaproductie, is al jaren gaande, maar wordt nog lang niet op grote schaal toegepast. Het grootste probleem ligt in de uiterst complexe en slecht begrepen mechanismen waarmee het lichaam deze vitale vloeistof op natuurlijke wijze aanmaakt.

Identificatie van een sleutelsignaal voor de vorming van rode bloedcellen

Dr. Julia Gutjahr, bioloog aan het Instituut voor Celbiologie en Immunologie Thurgau van de Universiteit van Konstanz, bestudeert de mechanismen van hematopoëse. Samen met collega's van Queen Mary University of London heeft ze een moleculair signaal geïdentificeerd – de chemokine CXCL12 – dat de afstoting van de celkern uit de voorlopercellen van rode bloedcellen in gang zet. Dit is een belangrijke stap in de ontwikkeling van rode bloedcellen.

"De laatste fase van de transformatie van de erytroblast tot rode bloedcel is de uitstoting van de celkern. Dit proces is uniek voor zoogdieren en maakt ruimte voor hemoglobine, dat betrokken is bij het zuurstoftransport", legt Gutjahr uit.

Hoewel het rijpingsproces van stamcellen tot rode bloedcellen nagenoeg optimaal is, was tot op heden onduidelijk welke factoren de uitstoting van de celkern in gang zetten.

"We ontdekten dat de chemokine CXCL12, die voornamelijk in het beenmerg aanwezig is, dit proces in combinatie met een aantal andere factoren kan initiëren. Door CXCL12 op het juiste moment aan erytroblasten toe te voegen, konden we kunstmatige nucleaire uitdrijving induceren", aldus Gutjahr.

Wat betekent dit voor de kunstmatige bloedproductie?

Deze ontdekking was een wetenschappelijke doorbraak die de efficiëntie van kunstmatige bloedproductie in de toekomst aanzienlijk zou kunnen verbeteren. Verder onderzoek is echter nog nodig.

Sinds 2023 leidt Gutjahr zijn eigen onderzoeksgroepen aan het Instituut voor Celbiologie en Immunologie Thurgau en blijft hij onderzoek doen naar de rol van CXCL12.

"We onderzoeken nu hoe we CXCL12 kunnen gebruiken om de kunstmatige productie van menselijke rode bloedcellen te optimaliseren", legt Gutjahr uit.

Naast praktische toepassingen in de industriële productie van rode bloedcellen bieden de resultaten van de studie nieuwe inzichten in cellulaire mechanismen: in tegenstelling tot andere cellen, die migreren wanneer ze worden gestimuleerd door CXCL12, wordt dit signaal in erytroblasten binnen de cel getransporteerd, zelfs tot in de celkern. Daar versnelt het de celrijping en bevordert het de uitdrijving van de celkern.

"Ons onderzoek toont voor het eerst aan dat chemokine-receptoren niet alleen op het celoppervlak werken, maar ook daarbinnen. Dat opent geheel nieuwe perspectieven voor de celbiologie", aldus professor Antal Roth van de Queen Mary University.

Productie optimaliseren voor brede toepassing

Tegenwoordig zijn stamcellen nog steeds de meest efficiënte methode voor de productie van kunstmatig bloed: bij ongeveer 80% van de cellen vindt de celkernuitdrijving plaats. De bronnen van stamcellen zijn echter beperkt (navelstrengbloed, donorbeenmerg), waardoor massaproductie onmogelijk is.

Wetenschappers zijn er onlangs in geslaagd om verschillende celtypen te herprogrammeren tot stamcellen en deze te gebruiken om rode bloedcellen te genereren. Deze methode levert een vrijwel onbeperkte bron van cellen op, maar duurt langer en is minder effectief: slechts 40% van de cellen stoot zijn celkern uit.

"Onze nieuwe bevindingen over de sleutelrol van CXCL12 geven ons hoop dat het gebruik ervan de efficiëntie van de productie van rode bloedcellen uit geherprogrammeerde cellen aanzienlijk zal verbeteren", merkt Gutjahr op.

Als massaproductie mogelijk wordt, ontstaat er een breed scala aan toepassingen: gerichte productie van zeldzame bloedgroepen, het oplossen van tekorten aan donorbloed en de mogelijkheid om het eigen bloed van een patiënt opnieuw te creëren voor gespecialiseerde behandelingen van verschillende ziekten.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science Signaling.