Door Melissa Mayer | Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Onderzoekers over de hele wereld ontsluiten de geheimen van stamcellen:kleine, veelzijdige cellen die de belofte in zich dragen om van één enkele cel organen en weefsels te maken. Het begrijpen van hun structuur en gedrag zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de behandeling van een breed scala aan ziekten.

Wat zijn stamcellen?

Tijdens de vroege embryonale ontwikkeling verdeelt een bevruchte eicel (zygote) zich in een zwerm cellen die bekend staat als stamcellen. Deze cellen zijn beide proliferatief —ze verdelen zich snel—en pluripotent , wat betekent dat ze zich kunnen differentiëren in elk gespecialiseerd celtype.

Naarmate het embryo volwassener wordt, gaat het over van een eenvoudige laag stamcellen in een gestructureerd embryo dat gastrula wordt genoemd en bestaat uit drie kiemlagen (ectoderm, mesoderm en endoderm), die elk aanleiding geven tot verschillende weefsels en organen.

Kernstructuur van een stamcel

• Celmembraan —een lipidedubbellaag die de doorgang van moleculen reguleert.
• Cytoplasma —het waterige binnenste dat organellen huisvest.
• Kern —bevat het DNA dat de celfunctie dicteert.

Hoewel deze componenten voor alle cellen hetzelfde zijn, behouden stamcellen op unieke wijze een ongedifferentieerde toestand totdat specifieke signalen specialisatie in gang zetten.

Embryonale stamcellen (hESC's)

hESC's zijn afkomstig van overtollige embryo's die zijn ontstaan via in-vitrofertilisatie (IVF). Omdat ze ontstaan vóór de implantatie, vormen ze een schone lei die aanleiding kan geven tot elk celtype.

In de cultuur hebben hESC's de neiging om clusters te vormen die embryoïde lichamen worden genoemd en spontaan differentiëren, tenzij ze in zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden worden gehouden. Het handhaven van een ongedifferentieerde toestand gedurende zes maanden en het garanderen van genetische stabiliteit zijn voorwaarden voor het creëren van een embryonale stamcellijn geschikt voor onderzoek.

Volwassen (somatische) stamcellen

Veel volwassen weefsels bevatten stamcellen die de cellen aanvullen tijdens normale celvernieuwing of herstel na letsel. Deze cellen zijn weefselspecifiek en genereren doorgaans alleen de celtypen die in hun oorspronkelijke omgeving voorkomen.

• Hematopoëtische stamcellen in het beenmerg produceren bloed en immuuncellen.
• Mesenchymale stamcellen aanleiding geven tot bot-, kraakbeen-, vet- en stromale cellen.
• Epitheliële stamcellen in de darmen produceren we absorberende, beker-, entero-endocriene en Paneth-cellen.
• Huidstamcellen in de basale laag genereren keratinocyten die de beschermende epidermis vormen.

Volwassen stamcellen zijn schaars, hebben een beperkt delingspotentieel en zijn moeilijk te kweken. Toch bieden ze het voordeel van verminderde immuunafstoting wanneer ze autoloog worden geoogst.

Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's)

iPSC's, geïntroduceerd in 2006, zijn geherprogrammeerde volwassen cellen die pluripotentie verwerven. Hoewel ze veel kenmerken gemeen hebben met hESC's, moeten technische hindernissen, zoals virale toedieningsmethoden die veiligheidsrisico's met zich meebrengen, vóór klinisch gebruik worden aangepakt.

Klinische toepassingen

Stamcelonderzoek ondersteunt de screening van geneesmiddelen, ziektemodellering en de ontwikkeling van celgebaseerde therapieën . Veelbelovende gebieden zijn onder meer:

• Hart- en vaatziekten —differentiëren van hartspiercellen voor transplantatie.
• Type 1-diabetes —die insuline-afscheidende bètacellen produceren.
• Brandwonden en maculaire degeneratie —beschadigde weefsels herstellen.
• Artrose en reumatoïde artritis —regenererend gewrichtskraakbeen.
• Ruggenmergletsel en slag —bevordering van neuraal herstel.

Belangrijke hindernissen voor klinische vertaling

• Het opschalen van de productie van stamcellen om functionele weefsels of organen te genereren.
• De differentiatie nauwkeurig richten op het gewenste celtype.
• Het garanderen van de overleving, integratie en langetermijnfunctie van getransplanteerde cellen.
• Het voorkomen van nadelige gevolgen zoals het ontstaan van tumoren.

Hoewel de reis van bench naar bed complex is, blijft de fundamentele kennis van de stamcelbiologie de vooruitgang in de regeneratieve geneeskunde versnellen.