Er is een netvlies gekweekt uit menselijke embryonale stamcellen

Menselijke stamcellen vormen spontaan weefsel dat zich ontwikkelt tot het netvlies, het weefsel in het oog dat ons in staat stelt te zien, aldus een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Cell Stem Cell. In de toekomst zou transplantatie van dit 3D-weefsel patiënten met zichtproblemen kunnen helpen.

"Dit is een belangrijke mijlpaal in de volgende fase van regeneratieve geneeskunde", aldus de leider van de studie, professor Yoshiki Sasai, MD, PhD, directeur van de Organogenesis and Neurogenesis Group van het RIKEN Center for Developmental Biology in Japan. "Onze aanpak opent nieuwe perspectieven voor het gebruik van complexe weefsels afkomstig van menselijke stamcellen voor behandeling, maar ook voor medisch onderzoek met betrekking tot pathogenese en medicijnontwikkeling."

Tijdens de ontwikkeling wordt het netvlies – het lichtgevoelige weefsel dat de binnenkant van het oog bekleedt – gevormd uit een structuur die bekend staat als de oogbeker. In het nieuwe werk van Japanse onderzoekers werd deze structuur spontaan gevormd uit menselijke embryonale stamcellen (hESC's) – cellen afkomstig van menselijke embryo's die het potentieel hebben om te differentiëren tot diverse weefsels. Dit werd mogelijk gemaakt door celkweektechnieken die geoptimaliseerd zijn door professor Sasai en zijn team.

Van HESC's afkomstige cellen organiseren zich in een regelmatige driedimensionale structuur met twee lagen van de oogbeker, waarvan er één een groot aantal lichtgevoelige cellen bevat, fotoreceptoren genaamd. Aangezien netvliesdegeneratie voornamelijk het gevolg is van beschadiging van fotoreceptoren, kan van hESC's afkomstig weefsel een ideaal transplantatiemateriaal zijn.

Het onderzoek van Japanse wetenschappers opent niet alleen nieuwe perspectieven voor het gebruik van stamcellen in de regeneratieve geneeskunde, maar zal ook zeker de ontwikkeling van een natuurwetenschappelijk vakgebied als ontwikkelingsbiologie versnellen. Tijdens de experimenten raakten de onderzoekers ervan overtuigd dat de oogbeker, gevormd uit menselijke embryonale stamcellen, veel dikker is dan die gekweekt uit muizenembryonale stamcellen. Bovendien bevat de beker zowel staafjes als kegeltjes, terwijl differentiatie tot kegeltjes zelden wordt waargenomen in de kweek van muizen-ESC's. Dit betekent dat de embryonale cellen soortspecifieke instructies bevatten voor het creëren van deze oogstructuur.

"Ons onderzoek opent de weg naar meer inzicht in de ontwikkelingskenmerken van het oog die specifiek zijn voor mensen en die tot nu toe onmogelijk te bestuderen waren", aldus professor Sasai.

Dit is niet het eerste grote succes van de groep van professor Sasai. Eind vorig jaar kweekten de wetenschappers een functionele hypofysevoorkwab (adenohypofyse) uit embryonale stamcellen van muizen, bestaande uit verschillende soorten hormoonproducerende cellen. Een artikel over de resultaten van dit werk, 'Self-formation of functional adenohypophysis in three-dimensional culture', werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

De hypofyse is een kleine endocriene klier aan de basis van de hersenen die verschillende belangrijke hormonen produceert. Deze klier is met name belangrijk tijdens de vroege ontwikkeling, en door de vorming ervan in het laboratorium na te bootsen, kunnen wetenschappers de embryogenese beter begrijpen. Afwijkingen in de hypofyse zijn in verband gebracht met groeistoornissen zoals gigantisme en zichtproblemen, waaronder blindheid.

Dit experiment zou niet mogelijk zijn geweest zonder 3D-celkweek. De hypofyse is een apart orgaan, maar de ontwikkeling ervan vereist chemische signalen van het hersengebied er direct boven, de hypothalamus. Met 3D-kweek konden de wetenschappers twee soorten weefsel tegelijkertijd naast elkaar laten groeien, wat resulteerde in stamcellen die zichzelf na twee weken organiseerden tot de hypofyse.

Fluorescentiekleuring toonde aan dat het gekweekte hypofyseweefsel de juiste biomarkers produceerde en hormonen afscheidde die kenmerkend zijn voor de hypofysevoorkwab. De onderzoekers gingen een stap verder en testten de functionaliteit van de gesynthetiseerde organen door ze te transplanteren in muizen zonder hypofyse. De experimenten waren succesvol: de gebiomanipuleerde hypofysen herstelden de glucocorticoïde hormoonspiegels in het bloed van de dieren en verdwenen gedragsmatige symptomen zoals lethargie. De toestand van de muizen met geïmplanteerde structuren van stamcellen, die niet werden blootgesteld aan de noodzakelijke signaalfactoren en daardoor geen functionerende hypofyse werden, verbeterde niet.

Professor Sasai en zijn collega's zijn van plan het experiment te herhalen met menselijke stamcellen. Zij verwachten dat dit werk minstens drie jaar zal duren.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]