Nadat deze structuren, die sterk lijken op natuurlijke blastocysten, bij vrouwelijke makaken werden ingebracht, traden er zelfs verschillende zwangerschapsverschijnselen op.
Het is wetenschappers gelukt om voor het eerst ‘embryo-achtige structuren’ te creëren met behulp van embryonale stamcellen van apen. Vervolgens slaagden ze er ook nog eens in om enkele daarvan in de baarmoeder van makaken te implanteren. Dat schrijven Chinese onderzoekers in het vakblad Cell Stem Cell. Het is een grote doorbraak. De hoop is dat deze structuren meer licht zullen werpen op hoe menselijke embryo’s zich in de vroegste stadia ontwikkelen – en waarom er regelmatig miskramen optreden.
Vroegste stadia
Over de meest prille stadia van een mensenleven is op dit moment nog weinig bekend. En dat zal waarschijnlijk ook grotendeels nog onontgonnen terrein blijven. Het is te herleiden naar ethische kwesties rond het gebruik van embryo’s voor wetenschappelijk onderzoek en de beperkte beschikbaarheid van studiemateriaal. Toch zouden wetenschappers graag meer over de vroege ontwikkeling van de mens te weten willen komen. “Ongeveer de helft van de menselijke zwangerschappen mislukt tijdens de groei van de zygote (het eerste, eencellige stadium in de levenscyclus, red.) en de implantatie van de blastocyst (holle balletjes die ontstaan wanneer een bevruchte eicel zich deelt, red.),” zegt senior professor Alfonso Martinez Arias, verbonden aan de Pompeu Fabra University. “Het begrijpen van de oorzaken van dit hoge percentage zal van invloed zijn op onze kennis over de menselijke vruchtbaarheid en het succes van IVF-behandelingen.”
Embryo-achtige structuren
Kortom, de moleculaire mechanismen van de ontwikkeling van het prille embryo zijn momenteel nog grotendeels onduidelijk. Maar omdat het bestuderen van echte menselijke embryo’s in het laboratorium verboden terrein is, besloten onderzoekers te bestuderen of het mogelijk is om stamcellen van apen om te toveren tot embryo-achtige structuren. De onderzoekers begonnen hun studie met een klompje pluripotente stamcellen, in dit geval embryonale stamcellen, afgeleid van makaken. Dit zijn cellen die het in zich hebben om uit te groeien tot alle drie de kiemlagen van het embryo en dus uitermate geschikt voor het creëren van embryo-achtige structuren. Vervolgens stelden de onderzoekers deze cellen in een celkweek bloot aan zorgvuldig gekozen groeifactoren. Deze factoren zorgden ervoor dat de stamcellen embryo-achtige structuren vormden.
Blastocysten
Nadat de onderzoekers de structuren wat beter onder een microscoop hadden bestudeerd, kwamen ze tot de ontdekking dat ze vrijwel identiek waren aan natuurlijke blastocysten. Ook zagen de onderzoekers bepaalde structuren die eruitzagen als het vruchtwater en de dooierzak (een vliezig zakje dat bevestigd is aan een embryo). Bovendien bleek dat de nagebootste blastocysten inderdaad het soort cellen begonnen te vormen die uiteindelijk de drie kiemlagen van het lichaam uitmaken. “Door middel van verschillende behandelingen slaagden de onderzoekers er dus in om naïeve stamcellen van apen om te toveren tot embryonale celtypes,” legt onderzoeker Magdalena Zernicka-Goetz, die niet bij het onderzoek betrokken was, uit. Dat dit nu is gelukt, is een enorme stap voorwaarts. “Het is opmerkelijk dat wanneer bepaalde cellen in een laboratorium worden gekweekt, er embryo-achtige structuren kunnen worden gevormd, die een aantal belangrijke ontwikkelingskenmerken repliceren,” zegt Roger Sturmey, hoogleraar reproductieve geneeskunde aan de Universiteit van Hull.
Zwangerschapsverschijnselen
De onderzoekers kozen vervolgens de beste ’embryo-achtige balletjes’ uit en implanteerden deze in de baarmoeder van acht vrouwelijke makaken. Bij drie makaken nestelden de nagemaakte blastocysten met succes. Sterker nog, er traden zelfs verschillende zwangerschapsverschijnselen op. Zo resulteerde de implantatie in de afgifte van progesteron en choriongonadotrofine; twee hormonen die bij mensen tijdens de zwangerschap ontstaan. Bovendien vormden de getransplanteerde structuren tevens een pril vruchtzakje. “Wanneer de structuren dus werden overgebracht naar de baarmoeder van een makaak, waren deze embryo-achtige structuren in staat om een zwangerschapsreactie op te wekken,” vat Sturmey samen.
Korte duur
Dit was echter maar van korte duur. Zo vormden deze structuren geen foetussen en verdwenen na ongeveer een week. Het betekent dat deze nagemaakte blastocysten niet helemaal ‘normaal’ zijn en ook niet als zodanig door het lichaam van de vrouwelijke makaken werden herkend. “Het duidt op cruciale verschillen tussen competente embryo’s en stamcel-afgeleide exemplaren, waardoor een volledige ontwikkeling werd voorkomen,” aldus Sturmey.
Het kan
Ondanks dat, tonen de onderzoekers aan dat het mogelijk is om synthetische, embryo-achtige structuren te creëren die zelfs het lichaam van de vrouwelijke makaken even deden geloven dat het zwanger was. Deze structuren kunnen ons misschien dan ook veel vertellen over de ontwikkeling van het prille embryo. “Omdat apen evolutionair nauw verwant zijn aan mensen, hopen we dat de bevindingen ons begrip van de menselijke embryonale ontwikkeling zal uitbreiden,” aldus onderzoeker Zhen Liu. Sturmey noemt de studie ‘een indrukwekkende technische prestatie’. “Het heeft aangetoond dat embryonale stamcellen van een primaat kunnen worden ‘overgehaald’ om structuren te vormen die veel kenmerken van vroege embryo’s weerspiegelen,” zegt hij. “Soortgelijke resultaten zijn al bij andere soorten bereikt. Maar dit werk bestudeert de embryo-achtige structuren van primaten in detail en geeft nieuwe inzichten in hoe de cellijnen die het vroege embryo vormen, uit stamcellen kunnen worden gegenereerd.”
Ethische bezwaren
Ondanks dat, is de studie is vrij controversieel. De onderzoekers erkennen dan ook de ethische bezwaren rond het onderzoek. “De ethische implicaties van embryonaal stamcelonderzoek bij apen is complex,” stelt Darius Widera, universitair hoofddocent stamcelbiologie en regeneratieve geneeskunde aan de Universiteit van Reading. “Primaten zijn intelligente, sociale dieren met een complex cognitief en emotioneel leven. Daarom is het belangrijk om zowel de potentiële voordelen als de ethische impact van embryonaal stamcelonderzoek bij primaten zorgvuldig te overwegen.”
Regels
De onderzoekers benadrukken echter dat er nog altijd grote verschillen bestaan tussen de gecreëerde embryo-achtige structuren en natuurlijke blastocysten. Belangrijk is met name dat de embryo-achtige structuren zich niet volledig wisten te ontwikkelen. Het team merkt op dat het voor vooruitgang op dit gebied belangrijk is dat de wetenschappelijke gemeenschap en het publiek met elkaar het gesprek aangaan. “Het is waarschijnlijk dat kweekmethodes in de toekomst zullen verbeteren,” zegt Robin Lovell-Badge, niet betrokken bij de studie. “En wie weet is het uiteindelijk zelfs mogelijk dat embryonale structuren zich na implantatie normaal zullen ontwikkelen. Maar tot het zover is, hebben bevoegde instanties de tijd om geschikte regels op te stellen. Zo mogen embryo’s momenteel nog niet langer dan veertien dagen worden gekweekt. Als deze regels echter zullen versoepelen, zal dit niet alleen meer inzicht verschaffen in de normale ontwikkeling van een embryo, maar ook wat er vaak fout gaat en leidt tot aangeboren afwijkingen.”
Al met al wijzen de bevindingen erop dat het nog wel even zal duren voordat echte synthetische embryo’s het levenslicht zien. Wel biedt het werk belangrijke hulpmiddelen om ons begrip van de meest prille stadia van een embryo verder uit te breiden. En dat kan weer nieuwe inzichten opleveren in bepaalde factoren die bijdragen aan miskramen bij mensen. “De studie is bemoedigend,” zegt Zernicka-Goetz. “Het is een belangrijke stap in ons begrip over hoe het embryo zich ontwikkelt en waarom zoveel zwangerschappen mislukken.”
