in stijfheid regelbare hydrogel voor de rijping van stamcellen (afb: Alakpa et.al.)

Van stamcellen wordt in de al of niet regeneratieve geneeskunde veel verwacht, maar nog steeds is er nog veel te ontdekken aan deze ‘magische’ cellen. Een van die zaken is hoe die stamcellen zich ontwikkelen tot gespecialiseerde cellen. Onderzoekers van, vooral, de universiteit van Strathclyde (GB) hebben nu een gel gebruikt (pdf-bestand) met variabele stijfheid als nabootsing van een weefselstructuur om te zien wat de weefselstijfheid met de stamcel doet. Ook de voeding/stofwisseling van de cel is belangrijk en, zo bleek, bepaalt mede welke richting de stamcel zich ontwikkelt. De onderzoekers denken dat dergelijke stofwisselingsproducten iets zouden kunnen betekenen als medicijnen.
Het was bekend dat je de stijfheid van hydrogeloppervlakken kunt gebruiken om de richting te sturen van stamcellen die op dat oppervlak zitten. Zo zal een stijve gel leiden tot botcellen, waar een slappe hydrogel vaak zal leiden tot de ontwikkeling van zenuwcellen. Met behulp van uiterst kleine vezeltjes, die spontaan netwerken vormen, maakten onderzoeker Rein Ulijn c.s. de stijfheid variabel: hoe meer van die nanovezeltjes hoe stijver de gel. Met een stijfheid van 40 kPa ontwikkelden de stamcellen zich tot botcellen. Was de stijfheid 15 kPa dan ontstonden er kraakbeencellen op het oppervlak van de hydrogel.
“Dit is een mooi voorbeeld hoe de scheikunde de biologie kan helpen”, zegt medeonderzoeker Matthew Dalby van de universiteit van Glasgow. “Als bioloog had ik regelbare gels voor celkweken nodig, die me de mogelijkheid geven de metabolieten in het lab te onderzoeken. Rein heeft dat mogelijk gemaakt.”
Die gel schijnt bijzonder te zijn. Als onderzoekers gels gebruiken dan zijn het of dierlijke gels, die mogelijk het resultaat beïnvloeden, of synthetische gels die een coating of iets anders nodig hebben om de cellen te binden. De gel van Ulijn bestaat uit twee eenvoudige, synthetische peptidederivaten, die zich bij voorkeur aan zichzelf bindt, met aan het oppervlak moleculen die zich met de cellen (kunnen) verbinden. De bestanddelen worden bij elkaar gehouden door relatief zwakke en omkeerbare krachten, zoals waterstofbruggen en bindingen tussen aromatische groepen. Ulijn heeft ook maar meteen een tokootje opgezet die dit type cel aan de man/vrouw brengt: Biogelx.
“Die gel moest zo simpel mogelijk zijn en regelbaar zijn, zodat we ons konden richten op de veranderingen in de stofwisseling van de stamcellen tijdens de ontwikkeling naar rijping”, zegt Ulijn. “Matt en zijn groep probeerden uit te zoeken welke voedingsstoffen stamcellen gebruiken tijdens de differentiëring.”

Transcriptiefactoren

Voor het sturen van de ontwikkeling van stamcellen in een bepaalde richting worden vaak trancriptiefactoren gebruikt, eiwitten die een functie hebben bij het overzetten van de DNA-code als eerste stap in de vorming van eiwitten. Dalby c.s. gingen echter van de redenering uit dat bepaalde voedingsstoffen/stofwisselingsproducten de route bepalen, resulterend in verschillende concentraties transcriptiefactoren die wezenlijk zijn voor de veranderingen in de cel. Een van die metabolieten (stofwisselingsproducten) is cholesterolsulfaat. Die stof wordt gebruikt bij de verandering van stamcellen in botcellen op een stijve hydrogelondergrond. De onderzoekers beschrijven hoe de stof eiwitten beïnvloedt die de transcriptiefactoren (ook eiwitten) activeren die zich richten op genen die belangrijk zijn voor botcelvorming. Ze zijn ervan overtuigd dat er een verband is tussen het gebruik van bepaalde stofwisselingsproducten en de activering van transcriptiefactoren.

Het probleem bij dit soort onderzoek is natuurlijk altijd weer of lichaamsweefsel zich zo gedraagt als een synthetische gel. De lijst met metabolieten die de onderzoekers hebben gemaakt is nog maar voorlopig. Ulijn: “Die wijst andere onderzoekers in ieder geval in de goede richting.” Dalby: “Het is onze opzet om de ontdekking van geneesmiddelen te vereenvoudigen door celmetabolieten te gebruiken als kandidaten voor medicijnen. Cholesterolfosfaat, bijvoorbeeld, dat volgens ons onderzoek wezenlijk is voor de botceldifferentiëring, kan een veiliger oplossing zijn om osteoporose of andere botaandoeningen te behandelen dan nu gebruikte middelen. Nu worden groeifactoren gebruikt, maar die kunnen ongewenste bijwerkingen hebben en gezondheidsautoriteiten in de VS het het VK hebben gewaarschuwd tegen het gebruik ervan.” Ulijn vult aan dat die metabolieten biocompatibel zijn, zodat de toelating tot de markt minder problemen zal opleveren dan bij synthetische medicijnen.

De onderzoekers willen ook bekijken of en hoe metabolieten gebruikt kunnen worden bij zieke cellen. Ze willen de gel ook zo veranderen dat die beter de situatie in weefsels imiteert en de mogelijkheid onderzoeken om de gel dynamische te laten veranderen.

Bron: Science Daily