Wat gebeurt er precies in de eerste dagen en weken van een embryo? Wetenschappers weten het eigenlijk niet zo goed. Maar daar lijkt werk van Israëlische onderzoekers nu verandering in te gaan brengen.
De wetenschappers hebben namelijk uit stamcellen zogenoemde model-embryo’s opgekweekt die verrassend compleet zijn. Deze model-embryo’s hebben niet alleen dezelfde structuur als ‘echte’ embryo’s, maar beschikken daarnaast zelfs over alle compartimenten die je in een embryo verwacht aan te treffen: van placenta tot dooierzak. Dat is te lezen in het blad Nature.
Stamcellen
Aan deze model-embryo’s is dus geen zaad- of eicel te pas gekomen. In plaats daarvan begonnen de wetenschappers met pluripotente stamcellen, oftewel stamcellen waarvan de toekomst nog vrijwel helemaal openligt. In die zin dat ze uit kunnen groeien tot veel – maar niet alle – typen cellen.
Naïeve stamcellen
Deze pluripotente stamcellen werden vervolgens gereprogrammeerd, zodat ze terugkeerden naar hun zogenoemde ‘naïeve staat’. Deze naïeve stamcellen kun je zien als een soort onbeschreven blad; ze kunnen werkelijk nog tot elk type cel transformeren. We vinden dergelijke stamcellen van nature ook in embryo’s die zich nog niet in de baarmoeder hebben ingenesteld. Ze vormen de basis voor alle cellen van het menselijk lichaam én voor cellen die als doel hebben het embryo te ondersteunen, zoals bijvoorbeeld de placenta.
Aanmoediging
Nadat de onderzoekers de pluripotente stamcellen hadden getransformeerd tot naïeve stamcellen werden deze cellen in verschillende groepen ingedeeld. En elke groep werd weer net iets anders behandeld. Zo was er een groep cellen waarvan verwacht werd dat deze zich tot embryo’s zouden ontwikkelen. Met die cellen werd niets gedaan. Ondertussen werden de cellen die zich moesten ontwikkelen tot bijvoorbeeld de placenta behandeld met een speciale mix van chemicaliën. Die chemicaliën activeerden vervolgens de genen die ervoor moeten zorgen dat die stamcel transformeerde tot een placentacel. En weer andere naïeve stamcellen werden op vergelijkbare wijze aangemoedigd om deel uit te gaan maken van weefsel voor de dooierzak.
Embryo
Ten slotte werden de al dan niet met chemicaliën behandelde cellen uit de verschillende groepen met elkaar vermengd, waarop ze samenklonterden. En ongeveer 1 procent van die samengeklonterde cellen organiseerde zichzelf zodanig dat er een complete embryo-achtige structuur ontstond. “Een embryo regelt dingen per definitie zelf,” legt onderzoeker Jacob Hanna uit. “We hoeven een embryo niet te vertellen wat deze moet doen – we hoeven alleen het reeds in de genetische code opgesloten potentieel te benutten.”
Zwangerschapstest
De uit stamcellen verkregen synthetische embryo’s ontwikkelden zich gedurende acht dagen volgens het boekje. En een vergelijking van hun structuur met die van ‘echte’ embryo’s onthult treffende gelijkenissen. Zo was elk compartiment dat we in echte embryo’s aantreffen ook in de synthetische embryo’s te vinden. Bovendien zaten die compartimenten ook nog eens op de juiste plek en hadden ze de juiste vorm en omvang. Zelfs de cellen die het hormoon aanmaken waar zwangerschapstesten op aanslaan, waren in de synthetische embryo’s te vinden. En die cellen bleken ook actief; toen de onderzoekers afscheidingen van die cellen op een zwangerschapstest lieten vallen, was de test korte tijd later positief.
Implicaties
Dat het onderzoekers gelukt is om zo’n compleet model-embryo voort te brengen, is belangrijk. We weten – vanwege zowel technische als ethische belemmeringen – namelijk nog relatief weinig over wat er in de eerste dagen en weken allemaal met een embryo gebeurt. En onderzoekers willen daar graag een beter beeld van krijgen, omdat juist dat prille stadium van leven zo cruciaal is voor de verdere ontwikkeling. “Alle drama zit ‘m in de eerste maand, de resterende acht maanden van de zwangerschap worden vooral sterk gekenmerkt door groei,” stelt Hanna. Dankzij het uit stamcellen verkregen embryo-model is er nu een toegankelijke en ethische manier om een uniek inkijkje te krijgen in die dramatische eerste dagen en weken. “(De synthetische embryo, red.) bootst de ontwikkeling van een echte menselijke embryo en dan met name ook de opkomst van de voortreffelijke, verfijnde architectuur heel goed na.”
Opmaat
Het verkrijgen van deze synthetische embryo is dan ook de opmaat naar meer. Zo hopen onderzoekers door het bestuderen van deze embryo’s meer inzicht te krijgen in wat belangrijk is voor een goede ontwikkeling van een embryo én waar het juist fout kan gaan. “Veel miskramen vinden plaats in de eerste paar weken, vaak nog voor de vrouw weet dat ze zwanger is,” vertelt Hanna. “Dat is tevens ook het tijdvak waarin – meestal pas later opgemerkte – aangeboren afwijkingen hun oorsprong vinden.” Door embryo’s – middels deze model-embryo’s – in dat prille stadium te kunnen bestuderen, hopen de onderzoekers een nauwkeuriger beeld te kunnen krijgen van sommige aangeboren afwijkingen, maar ook beter te kunnen verklaren waarom sommige vrouwen bijvoorbeeld meerdere miskramen krijgen. Ook bieden de model-embryo’s wetenschappers de kans om experimenten uit te voeren die niet op levende embryo’s kunnen worden uitgevoerd. Denk bijvoorbeeld aan experimenten in het kader van onderzoeken naar de effecten die medicatie of drugs op de ontwikkeling van embryo’s hebben.
Dat de model-embryo’s ons wat dat alles betreft nog veel te vertellen hebben, blijkt ook wel uit het feit dat de onderzoekers nu al iets is opgevallen in de ontwikkeling van hun model-embryo’s. Zo ontdekten ze dat wanneer hun model-embryo op dag drie niet op de juiste manier omhuld wordt door voldoende placenta-vormende cellen de interne structuren – zoals de dooierzak – zich niet goed ontwikkelen. “Een embryo is niet statisch,” benadrukt Hanna. “Een embryo moet over de juiste cellen en de juiste organisatie daarvan beschikken om verder te kunnen gaan. Het draait allemaal om zijn en worden. Onze complete embryo-modellen zullen onderzoekers helpen om de meest basale vragen over wat aan een goede groei ten grondslag ligt, beantwoorden.”
