De gekweekte minilongen in het onderzoek aan de universiteit van Cambridge werden gebruikt voor de bestudering van taaislijmziekte. Die ziekte wordt door mutatie in slechts een gen, het CFTR-gen, uitgehaald. Bij de ziekte worden, onder meer, de longen gevuld met taai slijm, waardoor de ademhaling ernstig bemoeilijkt wordt. Onderzoekers van het stamcelinstituut in Cambridge gebruikten huidcellen van patiënten met de meest voorkomende vorm van die ziekte, de delta-F508-mutatie, om daar pluripotente stamcellen van te maken. Met die stamcellen werden functionele minilongen gekweekt, inclusief het deel van de longen dat verantwoordelijk is voor de gasuitwisseling met het bloed. Daar doen zich de problemen voor bij taaislijmziekte, maar ook bij sommige vormen van longkanker en bij longemfyseem. “In feite hebben we minilongen gemaakt”, zegt onderzoeker Nick Hannan . “Hoewel ze alleen het distale deel van het longweefsel vertegenwoordigen, zijn ze ontstaan uit menselijke cellen en zijn dus betrouwbaarder dan de traditionele dierproeven. We kunnen die minilongen gebruiken voor onderzoek naar een aantal belangrijke aspecten van ernstige ziektes, in ons geval cystische fibrose.” Door de delta-F508-mutatie van het CFTR-gen vouwt het bijbehorende eiwit CFTR niet goed en werkt vervolgens niet. Dat eiwit komt voor in het distale luchtwegweefsel. CFTR heeft als functie het transport van chloride-ionen door het celmembraan. Als dat transport niet goed functioneert komt er minder water in de longen, waardoor het slijm dik wordt en gevoelig wordt voor bacteriële infecties, wat weer aanleiding geeft tot littekenvorming (fibrose). Door met een fluorescente stof te werken die reageert op chloride-ionen, konden de onderzoekers zien dat de minilongen goed functioneerden. Daarmee is ook te zien of het chloridetransport in een uit de cellen goed werkt (of niet). Als een klein molecuul, dat momenteel onderwerp is van klinische proeven, werd toegevoegd aan de minilongen met taaislijmziekte, veranderde de fluorescentie, een teken dat de cellen weer goed functioneerden. Hannan: “We denken dat dit proces kan werken voor tienduizenden verbindingen en de minilongen kunnen ook gebruikt worden bij de bestudering van ziektes als longkanker. Dit is een veel praktischer, betrouwbaarder en ook ethischer methode dan het verslijten van grote aantallen muizen voor dergelijk onderzoek.”

De onderzoekers uit Amerika gaven in een persbericht een soort recept voor het maken van minilongen. Men neme: embryonale stamcellen, bepaalde in de long functionele eiwitten, groeifactoren, remmers voor darmontwikkeling, een kweekomgeving, een petrischaal en wat eiwitmengsels. Voeg het eiwit ActivinA toe aan de stamcellen en wacht vier dagen. Er ontstaat dan een weefsel, het endoderm. Voeg vervolgens een ander eiwit, Noggin, toe en een groeifactor. Wacht weer vier dagen. Er ontstaan bolvormige structuren. De truc is dat die zich ontwikkelen tot longweefsel, door eiwitten toe te voegen die de longvorming bevorderen. Voeg de bolletjes toe aan een eiwitmengsel en hou die 10 minuten op kamertemperatuur totdat het geheel ‘stolt’. Behandel de substantie nog eens vier dagen met andere eiwitten en zet het geheel vervolgens tien tot vijftien dagen in weer een ander eiwitmengsel. De uiteindelijk gevormde minilongen blijven meer dan 100 dagen in leven en bevatten cellen die ook normale longen hebben. Het is niet nodig een apart ‘skelet’, van bijvoorbeeld hydrogel, aan te brengen, om de driedimensionale structuur te krijgen. Een kind kan de was doen. Nu nog even een wat nauwkeuriger omschrijving van de gebruikte eiwitmengsels en we zijn helemaal klaar. Die embryonale stamcellen zijn nog wel een beetje problematisch, want ethisch niet helemaal in de haak.

Bronnen: Eurekalert, Science Daily