Embryologen buigen zich over het begin van het leven. Nieuwe inzichten volgen elkaar razendsnel op. Klonen en het werken met stamcellen die alles kunnen, moeten genezing vergemakkelijken.

Dolly veroverde de wereld bij verrassing. Niemand was klaar voor het nieuws dat het mogelijk was om een zoogdier te klonen uit een gewone uiercel. Dat moeder en dochter een bijna perfecte kopie van elkaar waren – het ‘reproductieve’ klonen – leidde tot wilde speculaties: overleden kinderen zouden weldra opnieuw tot leven kunnen worden gewekt, iemand zou een batterij dictators kunnen maken, mensen zouden een hersenloze kloon van zichzelf als reserveorganenbank in een diepvries kunnen bewaren.

Politici gingen met hun fundamentele bezwaren aan de alarmbel hangen. Om de bevolking gerust te stellen, zouden ze het gebruik van klonen voor reproductieve doeleinden verbieden. Nature bezon zich vorige maand nog uitgebreid over de toekomst van het klonen. Uit een wereldkaart in het blad bleek dat België als een oase van biomedische permissiviteit geprangd ligt tussen wetenschappelijke woestenijen waar het klonen van mensen bij de wet verboden werd.

Ethici en wetenschappers stellen zich vooral vragen over het ’therapeutisch’ klonen: het maken van nieuwe cellen en weefsels om afgeleefde organen op te knappen of te vervangen. Daarbij zou gebruik worden gemaakt van embryonale stamcellen: cellen uit het zeer jonge embryo die nog niet gespecialiseerd zijn. Ze kunnen, bijvoorbeeld, zowel zenuwcel als hart- of levercel worden. Therapeutisch klonen houdt – voorlopig – in dat cellen van een volwassen patiënt zo geherprogrammeerd worden dat ze het karakter van een embryonale stamcel krijgen. De cellen worden vervolgens in cultuur gebracht en – als alles goed gaat – gestimuleerd om het gewenste weefsel of celtype te vormen.

Hersencellen voor de behandeling van patiënten die lijden aan de ziekten van Alzheimer of Parkinson, hartspierweefsel voor mensen met hartklachten, gezonde pancreascellen voor diabetici, zo nodig zelfs een integrale lever voor wie dat orgaan te zwaar op de proef heeft gesteld: de nabije toekomst zal uitwijzen of dit al dan niet utopisch is. De eerste successen zijn al geboekt. Nature Medicine meldde dat ratten en muizen van wie het ruggenmerg beschadigd was, gedeeltelijk herstelden na een behandeling met embryonale stamcellen. Science publiceerde verschillende studies over de capaciteiten van – in dit geval volwassen – stamcellen om uit te groeien tot andere weefsels dan deze waarvoor ze waren voorbestemd. Zo konden stamcellen uit het zenuwstelsel tot ieders verrassing probleemloos nieuwe witte bloedcellen vormen.

‘Stamcellen van embryo’s en volwassen organen zullen uiterst belangrijk worden in het onderzoek’, meent embryoloog Danny Huylebroeck van het Departement Celgroei, Differentiatie en Ontwikkeling van het Vlaams Interuniversitair Instituut voor Biotechnologie. ‘Vlak na de eerste celdelingen zijn er bij zoogdieren al cellen klaar om het volledige embryo te vormen – de andere dienen voor de inplanting in de baarmoeder. In het zestigcellenstadium van een muis zijn er een twintigtal stamcellen die tot alle embryonale weefsels kunnen uitgroeien. Deze cellen zijn ontzettend flexibel. We kunnen ze uit het embryo halen, in cultuur brengen en in een plastic schaaltje mengen met de juiste cocktail van eiwitten om ze in een bepaalde richting te sturen. We kunnen er nu probleemloos onder meer kloppende hartspiercellen mee maken.’

Aan embryonale stamcellen van de muis kunnen in een petrischaaltje naar believen genen worden toegevoegd. Wat daar na een aantal ingewikkelde stappen uit groeit, zijn zogenaamde ’transgene’ muizen met extra-kenmerken. Anderzijds kunnen in deze cellen ook genen worden uitgeschakeld, om ‘knockout-muizen’ te maken: die stellen ons in staat om te bestuderen wat de rol van een gen of het hiermee gemaakte eiwit in een lichaam is. Het team van Huylebroeck maakt onder meer knockout-muizen om het effect van groei- en specialisatiestimulatoren in embryo’s te onderzoeken.

Leren studies van de ontwikkeling van dieren dan zo veel over de mens?

Danny Huylebroeck: Uiteraard. De natuur heeft er geen behoefte aan om voor elk dier een apart scenario uit te vinden. Embryo’s van verschillende diersoorten zien er anders uit, maar hun ontwikkeling wordt vanuit de celkern op zeer gelijksoortige wijze gestuurd. Dat geldt voor zowel worm en fruitvlieg als voor vis en mens. Bij ongewervelden is alleen de complexiteit van de betrokken genfamilies doorgaans kleiner. Deze conservatie kan indrukwekkend zijn. Zo zien de ogen van krabben en kevers er qua samenstelling en vorm heel anders uit dan de onze en die van de muis, maar toch zijn de signalen waarmee alle ogen gemaakt worden dezelfde. De principes waarmee cellen communiceren en elkaars lot sturen – de essentie van een perfect gereguleerde embryo-ontwikkeling – variëren niet. Daarom is ons onderzoek zo fundamenteel.

Verbijsterend, ook: één bevruchte eicel groeit in korte tijd uit tot een foetus waarin alle organen perfect zijn aangelegd en alle ledematen op de juiste plaats zitten. Hoe werkt dat precies?

Huylebroeck: Dat is ook voor ons een van de fascinerende vragen. Muis en mens ontwikkelen traag voor ze zich als embryo in de baarmoeder nestelen. Maar zeer snel na de inplanting schetst het embryo een primitief plan, waarop de foetus wordt gebouwd. Om dat te realiseren, moeten cellen in alle embryo’s – van fruitvlieg tot mens – intens met elkaar communiceren. Ze moeten vermenigvuldigen, specialiseren en zo nodig migreren. Alle cellen zijn goed uitgerust om de juiste signalen te ontvangen en die correct te interpreteren. Een signaal wordt ontzettend precies herkend op het oppervlak van een cel, vanwaar dan een stimulus naar de kern vertrekt die er het genetisch materiaal bewerkt dat reageert door het stilleggen of activeren van genen.

Dat kan toch niet altijd goed gaan. Raken cellen nooit met zichzelf in de knoop?

Huylebroeck: Toch wel. De genen die de vorming van een embryo en de aanleg van organen sturen, kunnen ook een rol spelen in het uitlokken van kankergezwellen in het volwassen dier. Kankercellen slaan dikwijls een weg terug in – ze gaan als het ware ‘ontspecialiseren’. Genen uit de embryonale ontwikkeling kunnen later in het leven ook nuttig zijn: als een weefsel moet helen, bijvoorbeeld na een beenbreuk, worden embryonale ontwikkelingsprogramma’s geactiveerd. Het is dus denkbaar dat de kennis over het reactiveren van een geschikt embryonaal programma in een aantal gevallen kan leiden tot een succesvolle therapie. Sinds Dolly weten we dat cellen veel flexibeler zijn dan we dachten: zelfs een volledig gespecialiseerde uiercel kon nog worden geherprogrammeerd om de groei van een volwaardig embryo te ondersteunen. Wellicht bij muizen zal worden onderzocht hoe die herprogrammatie gebeurt. Als alle aspecten daarvan gekend zijn, is de stap naar ingrijpen uiteraard niet groot meer. Daarom ook moeten dit soort experimenten, zeker bij de mens, ethisch nauwgezet worden opgevolgd.

Wat was uw eerste reactie op de geboorte van Dolly?

Huylebroeck: Dat het een lucky shot was. Ik had nooit gedacht dat het kon, hoewel er in de jaren vijftig al vergelijkbare experimenten met kikkers waren gebeurd. Ook nu blijft het moeilijk: het succespercentage van de makers van Dolly ligt nog altijd maar op een tot twee klonen per honderd pogingen. Er komen heel wat ingrijpende technieken bij kijken, en er moet worden onderzocht welke celtypes de beste kernen geven voor zo’n kloning. Bij muizen en koeien leveren andere types de beste resultaten op.

Is er iets bekend over menselijke cellen?

Huylebroeck: Volgens mij is het voorlopig niet nodig om het klonen met menselijke cellen te bestuderen. Het debat spitst zich toe op het gebruik van menselijke embryonale stamcellen in het onderzoek. Eind 1998 verschenen twee publicaties waarin werd aangetoond dat het mogelijk is deze stamcellen te kweken. Dat effent de weg voor doorgedreven studie. Tegenstanders zeggen dat we ons daar sowieso niet mee bezig mogen houden. De argumenten pro onderzoek – waar ik mij volledig achter schaar – zijn puur wetenschappelijk, zeker als het om volwassen stamcellen gaat. Een gekwetste huid heelt vanuit een speciale cellenlaag in de opperhuid die een capaciteit heeft om snel te delen en de wonde toe te dekken, wat herstel versnelt. Ik zie niet in waarom men niet zou proberen om zulke stamcellen uit de opperhuid te kweken en er een verbrande huid mee te genezen. Dat type onderzoek zou moeten kunnen doorgaan, zij het onder strikte voorwaarden.

Hebben die manipulaties al verrassingen opgeleverd?

Huylebroeck: Uiteraard. Het was bijvoorbeeld verrassend dat Dolly met overgewicht geboren werd. Vele kinderen die in de proefbuis zijn verwekt, wegen immers minder dan de gemiddelde baby. Knockout-muizen zorgen dikwijls voor verrassingen. Collega’s schakelden een gen uit dat een rol speelt in de ontwikkeling van de ziekte van Alzheimer. Ze kwamen tot de vaststelling dat het gen ook te maken heeft met de groei van bloedvaten in de dooierzak bij embryo’s. Vele andere onderzoekers elimineerden genen waarvan werd aangenomen dat ze essentieel waren in de embryonale ontwikkeling. Maar ze moesten vaststellen dat de knockout-diertjes toch gelukkig geboren werden. Het is nooit te voorspellen wat er zal gebeuren.

Heeft de studie van knockout-muizen een nut voor de geneeskunde?

Huylebroeck: Zeker. Al was het maar om naar genetische fouten aan de basis van ziekten, spontane abortussen of misvormingen te zoeken. Of om efficiëntere middelen te maken die bijvoorbeeld wondheling of beenherstel kunnen stimuleren. Wij hebben onze ‘smad5-muis’: een knockout-muis die een probleem heeft met haar links-rechts-asymmetrie. Er zijn ook menselijke patiënten die met dat probleem zitten. Als de asymmetrische organen – het hart, de darmen en de longen – allemaal aan de verkeerde kant liggen, is er niets aan de hand. Maar als bijvoorbeeld alleen het hart verkeerd ligt, ontstaan er moeilijkheden. Bij de ‘smad5-muis’ draait het primitieve hart in de verkeerde richting. Ze sterft dan halfweg haar ontwikkeling.

Voorziet u dat de mens ooit op de embryonale ontwikkeling zal kunnen ingrijpen? En zo bijvoorbeeld meer hersenweefsel kan laten groeien?

Huylebroeck: Nee. De vraag is eigenlijk tweeledig. De eerste vraag is: kunnen we in een embryo de ontwikkeling van de hersenen beïnvloeden? Daarop is het antwoord: ja. Bij zebravissen en kikkers kan de embryonale ontwikkeling zo worden verstoord dat ze alleen buik en spieren, of integendeel twee koppen en dus twee keer zoveel hersenen vormen. Het aanmaken van zenuwcellen en de aanleg van hersenen zijn ingewikkelde processen: er moeten niet alleen bepaalde mechanismen gestimuleerd worden, andere moeten worden stilgelegd.

Waren die tweekoppige beestjes ook twee keer zo slim?

Huylebroeck: Dat weten we niet, want ze sterven te vroeg om dat te meten. En dan kom ik op mijn tweede vraag in dit verband: wat bepaalt intelligentie? Tijdens de embryonale ontwikkeling zijn de primitieve hersenen een van de meest dramatische groeiers – al is dat vooral een gevolg van de vorming van hersenholten, niet van celgroei. Maar intelligentie hangt ook af van de productie van zenuwcellen en van perfecte netwerken van zenuwcellen in de juiste regio van de hersenen. Het zal misschien mogelijk worden om op een van deze processen in te grijpen. Maar ik vrees dat we nooit genoeg greep zullen krijgen op het geheel van factoren die een rol spelen.

Organen kweken in het laboratorium: hoe realistisch is dat?

Huylebroeck: Het kweken van één celtype uit een orgaan is meestal geen probleem. Het samenkweken van de vele celtypes die later een orgaan vormen evenmin. Maar een orgaan de juiste architectuur meegeven door de verschillende celtypes in een correcte verhouding te mengen, zodat ze goed met elkaar kunnen communiceren: dát is heel wat moeilijker. Een orgaan is geen ruwe verzameling van cellen, maar heeft ook een rigide structuur.

Maar is het theoretisch mogelijk een hart te maken zonder dat er een lichaam omheen zit?

Huylebroeck: ( na lang nadenken) Wij hebben een knockout-muizenembryo waarvan het hart buiten de lichaamsholte groeit. Het diertje sterft tijdens de ontwikkeling, omdat er in het embryo een probleem komt met de bloedvoorziening. Het is voor dat hart daarom moeilijk om zich te handhaven en te vermijden dat bepaalde celtypes afsterven. Een ander punt is dat de hartslag geregeld wordt door een complex spel van zenuwimpulsen. Dat zal het allemaal uitermate moeilijk maken om zoiets kunstmatig tot een goed einde te brengen.

Waarom lukte het wél met een halve artificiële borstkas bij een patiënt, en met een mensenoor op een muis?

Huylebroeck: Dat was iets helemaal anders. Dat betrof het creëren van een soort steiger, waarop eerst kraakbeen en daarna eventueel been groeide. Na verloop van tijd werd die steiger biologisch afgebroken. In het geval van de borstkas verving deze structuur de oorspronkelijke beenderen die ontbraken. Er zijn ook mensen waarbij ontbrekende delen van vingers door enten vervangen werden. En het experiment met het oor op de muis: dat is door het publiek verkeerd begrepen. Het was gewoon een soort drager waarop men cellen had geënt, die het vermogen hadden om een oorschelp te vormen. Het was niet eens een oor dat kon horen, want daar zijn dan weer andere celtypes en inwendige structuren voor nodig.

Hoe moeilijk dat kweken is, hangt af van het orgaan. Ik kan me voorstellen dat het perfect mogelijk is om in een petrischaaltje een primitieve maar werkende nier te maken: die heeft immers maar twee dominante celtypes nodig om haar filterfunctie te vervullen. Voor kikkers is dat trouwens al gebeurd. Maar daarmee heb je nog geen nier die kan pompen of bloed ontvangen en weer afvoeren. Om het goed te laten functioneren moeten de celtypes in een orgaan op de juiste plaats terechtkomen. De exacte constellatie kan tamelijk ingewikkeld zijn.

De mens is dus niet namaakbaar?

Huylebroeck: Ik denk dat we nooit zullen kunnen nabootsen wat een embryo zo perfect doet.

Is het denkbaar dat verouderingsprocessen kunnen worden gestopt door embryonale groeifactoren te reactiveren?

Huylebroeck: Op het niveau van het hele lichaam zie ik dat bij de mens niet zitten. Die groeifactoren oefenen effecten uit op meerdere celtypes, en bij langdurige behandeling zullen we ook hun ongewenste bijwerkingen moeten neutraliseren. Nee, ik denk dat een betere sociale structuur en gezondheidszorg daarvoor efficiënter zullen zijn. Er zijn verschillende facetten verbonden met het ouder worden van een cel: het ophopen van fouten bij de celdeling is er daar maar één van. Ik vrees dat de mens gewoon niet gemaakt is om nog veel ouder te worden dan nu. Trouwens, door de verbetering van de geneeskunde zien we een toename van typische ouderdomsziekten, zoals kanker en de oude variant van de ziekte van Alzheimer.

Kanker is een probleem van ongecontroleerde celgroei. Zal daar ooit op kunnen worden ingegrepen?

Huylebroeck: Dat is natuurlijk de vraag. Vele groeifactoren en andere eiwitten betrokken bij de ontwikkeling van een embryo en de organen, hebben later in het leven een fuctie als uitlokker of onderdrukker van kankergezwellen. Als het fout gaat, kunnen cellen abnormaal lang blijven groeien of te weinig specialiseren – wat tot problemen kan leiden. Er is ook een analogie tussen kankercellen en bepaalde stamcellen uit het al wat oudere embryo die over grote afstanden uitzwermen. Het lijkt erop dat kankercellen bij hun uitzaaiing dezelfde mechanismen gebruiken. De vraag is ook of we de signalen zullen kunnen manipuleren waarmee heel wat cellen op een bepaald ogenblik een soort voorgeprogrammeerde zelfmoord plegen – een mechanisme dat al in het embryo wordt gebruikt. Het is niet uitgesloten dat we dit proces als een kankertherapie zullen kunnen ontwikkelen, maar voorlopig hebben we nog niet genoeg zicht op de complexiteit.

Uw verhaal is tegelijk ontnuchterend en geruststellend. Nieuwe vormen van kankertherapie zijn nog niet voor morgen. Maar anderzijds hoeven we ons geen zorgen te maken over sommige minder prettige vooruitzichten van gericht ingrijpen.

Huylebroeck: Dat is juist. De technische hordes, hoe moeilijk ook, zullen we uiteindelijk wel nemen. Maar de perfecte ontwikkeling van een embryo of een orgaan hangt niet af van één factor. We werken als het ware in een soep – in een complexe moleculaire en cellulaire context. In een petrischaal kunnen we een zuiver signaal en zijn effecten op een cellencomplex bestuderen. Maar in dat schaaltje mist het natuurlijk zijn interactie met de massa andere signalen in een lichaam. De vorming van organen is altijd een samenspel van vele genen. Wij werken stap voor stap: van molecule naar molecule, van gen naar gen. We moeten wel dringend meer werk maken van onderzoek in modeldieren, in plaats van te werken in petrischaaltjes. De Amerikanen gaan daarin veel sneller dan Europa. We dreigen de boot te missen.

Begrijpt u dat de mensen huiverig staan tegenover uw werk?

Huylebroeck: Onze onderzoeksgroep zal zich nooit richten op de studie van menselijke embryo’s of daaruit afgeleide stamcellen. Maar uiteraard zullen de resultaten uit onze diermodellen overgezet kunnen worden naar de mens. Daarom alleen al is de morele weerstand van de maatschappij terecht. Wij zullen als wetenschappers meer moeten communiceren met de mensen en aantonen dat wij in deze razendsnel evoluerende onderzoeksgebieden ook op ethisch vlak wel degelijk de bezwaren zien, en er een evenwichtige en gefundeerde persoonlijke mening over kunnen formuleren. In Zwitserland is de voorbije twee jaren ter voorbereiding van een referendum over biotechnologie een indrukwekkend debat tussen wetenschappers en het publiek gevoerd, wat uiteindelijk leidde tot het – onder bepaalde voorwaarden – aanvaarden van biotechnologie door de Zwitserse burger. We moeten wel beletten dat door de technisch moeilijke discussie alles op één hoop wordt gegooid: van fundamenteel onderzoek op de embryonale ontwikkeling van de fruitvlieg tot toepassingen in de humane geneeskunde.

In ons land bestaan geen regels terzake. Hoe ver loopt de politiek achter op de wetenschappelijke ontwikkelingen?

Huylebroeck: Ik zal beleefd blijven en zeggen hoe ver de wetenschap vooruitloopt: ik schat toch een jaar of tien. De mensen moeten natuurlijk niet denken dat elke wetenschapper staat te springen om dit soort experimenten te doen. Men mag ons niet bestempelen als wezens die niet nadenken of die zelf geen ethische regels hanteren. Wetenschappers leggen zich dikwijls veel vroeger spontaan regels op dan de politici of magistraten hen vragen.

Hebt u het gevoel dat u ingrijpt op het exclusieve domein van de natuur en op de fundamenten van het leven?

Huylebroeck: Niet echt. Als jonge onderzoeker in instituten waar pionierswerk werd verricht was het mij al duidelijk dat dit alles ooit technisch mogelijk zou zijn. Ons werk zal wel heel belangrijk worden voor de mens. De opheldering van functies van nieuwe genen en de eiwitten die ze produceren in een embryo en zijn organen, loopt nu razendsnel. Precies daarom zijn deze eiwitten belangrijke targets voor de biotechnologie en de farmaceutische industrie. De competitie in deze sector is keihard.

Zijn er zaken waarvan u zegt: hier moet de wetenschap afblijven?

Huylebroeck: Uiteraard. Ik denk dat we waakzaam moeten zijn voor reproductief klonen enerzijds, en voor alles wat met zogenaamde ‘voorlopergeslachtscellen’ te maken heeft anderzijds. Die cellen vormen later de eitjes of zaadcellen. Ze worden al vroeg in de embryonale ontwikkeling opzijgezet en migreren naar de plaats van de geslachtsorganen. Als men daarop ingrijpt, worden de veranderingen die men aanbrengt automatisch doorgegeven aan de volgende generaties. Nu is het nog niet mogelijk om een menselijk embryo buiten een baarmoeder zo ver te laten groeien dat men die voorlopergeslachtscellen kan isoleren. Maar ik wil niet zo naïef zijn te denken dat dit onmogelijk zal blijven.

Joël De Ceulaer Dirk Draulans