Doorsnee van de kweekruggenmerg. Groen zijn de cellen van de neurale plaat, wit de motorneuronen en rood de interneuronen (afb: TU Dresden)

Onderzoekers rond Andrea Meinhardt van de technische universiteit Dresden schijnen er in geslaagd te zijn een ruggenmerg van muizen te kweken in het lab. Ze pasten daartoe een techniek aan, de zelfgerichte morfogenese, die was ontdekt door de, inmiddels overleden, Japanner Yoshiki Sasai. De kweekruggenmerg is echter nog verre van therapeutisch gebruik.

De opwinding die stamcelonderzoek teweegbrengt heeft voor een niet onbelangrijk deel te maken met de mogelijkheden die dat biedt in het lab nieuwe organen te kweken. Dat is een nogal moeizaam proces, omdat organen uit verschillende cellen bestaan die ook nog eens moeten worden doorbloed. Meestal wordt er daarom bij pogingen om organen te synthetiseren gebruik gemaakt van afbreekbare ‘mallen’, waarin de cellen kunnen groeien. Die mal, vaak een hydrogel, bevat dan ook nog eens ‘signaaleiwitten’ die de stamcellen moeten instrueren het pad naar het juiste celtype te nemen.
Zenuwweefsel is dan nog eens een extra uitdaging vanwege zijn hoge complexiteit. Het begint met een plat vlak van cellen aan het oppervlak van het embryo (de neurale plaat), die zich omvormt tot een buis. Aan de ene kant van die neurale buis vormen zich de hersens en aan de andere het ruggenmerg. Vanwege de complexiteit is de maltechniek voor het maken van een ruggenmerg niet bruikbaar. Meinhardt en haar collega’s gebruikten, zoals gesteld, zelfgerichte morfogenese, zo’n tien jaar geleden ontdekt door Sasai. Op die manier kunnen met de juiste signaaleiwitten ingewikkelde organen worden gevormd zoals ogen, klieren en stukjes hersens. De Duitse onderzoekers gebruikten een variant van de techniek van Sasai. Ze voorzagen voedingsgel in petrischaaltjes van een suspensie van afzonderlijke stamcellen. Onbehandeld veranderden de stamcellen in onrijpe zenuwcellen, waardoor bolvormige structuren van onrijpe zenuwcellen ontstonden die lijken op een neurale plaat.

Het ruggenmerg is net als de hersens een strak georganiseerd orgaan, met cellen die volgens een vastgelegd patroon zijn verdeeld. In een embryo fungeert de ‘rugdarm‘ oftewel chorda dorsalis als een signaalcentrum dat het ontstaan van dat ingewikkelde cellenpatroon begeleidt. De rugdarm vormt een neurale buis en scheidt retinoïnezuur af (een stof die op vitamine A lijkt). Dat zuur activeert een gen (het ‘sonische- egel-gen’) in de cellen onder in de neurale buis. Die cellen maken dan een eiwit aan dat zich door de buis verspreidt, waarbij er een concentratieverloop ontstaat. Onrijpe zenuwcellen zijn gevoelig voor de concentratie van dat eiwit en differentiëren zich afhankelijk van de positie in de neurale buis: het dichtst bij de onderkant krijgen cellen met de hoogste concentratie te maken en vormen zich om tot motorneuronen (of bewegingszenuwcellen) die uitlopers zullen krijgen in de spieren. Meer naar boven is de concentratie van het ‘egeleiwit’ lager en ontstaan interneuronen of schakelcellen die de zenuwbanen vormen.

De ingebedde stamcellen bleven gevoelig voor de signaaleiwitten waaraan ze blootgesteld werden gedurende de ontwikkeling van het ruggenmerg. Toevoeging van retinoïnezuur aan de gel zorgde ervoor dat de cellen zich op de juiste wijze ‘organiseerden’ om een ruggenmerg te vormen. De onderzoekers identificeerden de afzonderlijke cellen door het in het lab gekweekte weefsel te kleuren met lichtgevende antilichamen die aan verschillende eiwitten binden die specifiek zijn voor een celtype.
Beschadigingen van het ruggenmerg leiden tot verlamming en het is tot nu toe niet goed gelukt om de functionaliteit van het ruggenmerg te herstellen via transplantaties van zenuwcellen. Onlangs kreeg een patiënt door een transplantatieoperatie enige beweging terug, maar dat was niet echt een klapper. Dit onderzoek zal ook niet onmiddellijk baat hebben voor mensen met een ruggenmerglaesie. Het ziet er eerder naar uit dat het labruggenmerg in eerste instantie zal dienen als onderzoeksmedium, maar wie weet…

Bron: BBC