Stamcellen en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen) spelen een belangrijke rol in de regeneratieve geneeskunde en de ontwikkeling van gepersonaliseerde therapieën vanwege hun vermogen om te differentiëren in een verscheidenheid aan cellen. Nu ethische kwesties en aanbodkwesties zijn aangepakt, zorgt iPS-celtechnologie voor een revolutie in de weefseltechnologie, de ontdekking van geneesmiddelen, regeneratieve geneeskunde en meer, waardoor nieuwe mogelijkheden voor gepersonaliseerde geneeskunde worden geopend.
Ons lichaam bestaat uit meer dan 60 biljoen cellen. Sommige cellen, zoals hartcellen, leven meer dan 80 jaar voordat ze sterven. Maar de meeste cellen leven, net als bloedcellen, niet zo lang en sterven snel. Rode bloedcellen, die bloed zijn rode kleur geven, leven slechts vier maanden nadat ze zijn gemaakt. Als de rode bloedcellen die verantwoordelijk zijn voor de oxygenatie dood en verdwenen zijn, hoe kunnen de cellen in uw lichaam dan van zuurstof worden voorzien?
Het antwoord ligt in stamcellen. Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen die geen proces hebben ondergaan dat differentiatie wordt genoemd, waarbij ze zich verdelen in cellen die gespecialiseerd zijn voor elk weefsel. Ze kunnen zich in verschillende soorten cellen verdelen wanneer het lichaam nieuwe cellen nodig heeft. Dit vermogen om zich te delen als reactie op de behoeften van het lichaam onderscheidt stamcellen van kankercellen, die zich voortdurend delen. Stamcellen behouden de homeostase en het regeneratieve vermogen en spelen een belangrijke rol bij het herstel van beschadigd weefsel en de aanmaak van nieuwe cellen. Hematopoietische stamcellen, een type stamcel, kunnen bijvoorbeeld alle cellen maken die nodig zijn in het bloed, inclusief rode bloedcellen die gespecialiseerd zijn in het vervoeren van zuurstof, en witte bloedcellen en lymfocyten die verantwoordelijk zijn voor de immuniteit. Hierdoor kan het aantal rode bloedcellen in het bloed op peil blijven, zodat ze zuurstof kunnen transporteren.
Wetenschappers hebben het vermogen van stamcellen om zich in verschillende celtypen te delen toegepast op weefselmanipulatie. Het idee om stamcellen van normale mensen te gebruiken om nieuw huidweefsel en harten te creëren en deze te transplanteren naar patiënten in nood heeft de medische gemeenschap gefascineerd. Wanneer weefsel gemaakt van cellen van andere mensen wordt getransplanteerd, vindt immuunafstoting plaats wanneer het lichaam het getransplanteerde weefsel niet accepteert omdat het anders is dan de eigen cellen. Het lichaam raakt ontstoken, als een doorn in het oog, en de transplantatie mislukt. Zelfs als het lukt, moet u mogelijk de rest van uw leven immunosuppressiva gebruiken. Gelukkig kan immuunafstoting worden overwonnen door de eigen stamcellen van de patiënt te gebruiken. Hierdoor zijn stamcellen een belangrijk sleutelwoord geworden in de tissue engineering.
Stamcellen in het volwassen lichaam zijn echter beperkt in aantal en kunnen zich niet in één enkel orgaan differentiëren. Daarom moeten embryonale stamcellen, die elk orgaan kunnen maken, worden gebruikt, maar deze hebben dezelfde problemen als volwassen stamcellen. De belangrijkste obstakels zijn de ethische kwestie of een embryo als een foetus wordt beschouwd, en de vraag waar de embryo's vandaan kunnen komen als het aantal eieren beperkt is. Dit probleem, dat niet voor altijd kan worden opgelost, heeft weefselingenieurs ervan weerhouden actief onderzoek te doen.
In 2006 vond Shinya Yamanaka, een professor aan de Universiteit van Kyoto in Japan, de perfecte manier om dit probleem op te lossen: zijn onderzoek toonde aan dat embryo's vier specifieke genen uitschakelen wanneer ze zich delen, waardoor de vaardigheden die ze niet nodig hebben bij een individu worden beperkt. Tijdens de ontwikkeling wordt de bevruchte eicel zo opgezet dat geen enkele cel zich in allemaal kan differentiëren, waardoor zijn capaciteiten over meerdere celtypen worden verspreid en een gegeneraliseerde somatische cel ontstaat die volledig niet in staat is zich te delen. Uiteraard kan alleen DNA in de bevruchte eicel dit doen. Dr. Yamanaka zette de vier genen van de normale lichaamscel omgekeerd weer aan, waardoor deze terugkeerde naar zijn oorspronkelijke staat als embryonale stamcel. De resulterende cellen worden geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPS-cellen) genoemd. Omdat iPS-cellen overvloedige somatische cellen gebruiken, kunnen ze de ethische en aanbodproblemen van embryonale stamcellen voor eens en voor altijd oplossen.
Prof. Shinya Yamanaka ontving in 2012 de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde voor zijn werk. Van oorsprong was hij orthopedisch chirurg. Hij werd echter onderzoeker toen hij zich realiseerde dat de huidige medische technologie niet in staat is ongeneeslijke ziekten zoals aangeboren hartziekten te behandelen. De technologie die hij ontwikkelde opende de mogelijkheid van weefselmanipulatie. De ethische kwesties die een maatschappelijk vraagstuk waren, zijn opgelost, maar het allerbelangrijkste: de levering van experimenteel materiaal is opgelost. Als we stamcellen kunnen differentiëren in de gewenste cellen, kunnen we gepersonaliseerde cellulaire therapieën creëren om ziekten te behandelen die worden veroorzaakt door cellulaire afwijkingen of nieuwe medicijnen ontwikkelen die alleen op die cellen reageren. Er wordt verwacht dat op maat gemaakte behandelingen met behulp van stamcellen een nieuw tijdperk van gepersonaliseerde geneeskunde zullen inluiden. Helaas weten we niet hoe we ze kunnen differentiëren in de cellen die we willen, dus moeten we veel experimenten doen om erachter te komen, en daarvoor zijn veel stamcellen nodig.
Gepersonaliseerde cellulaire therapieën kunnen worden getest op veiligheid en kunnen de ziekte van een patiënt radicaal behandelen. De ziekte van Parkinson wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door de dood van dopamine-neuronen in de middenhersenen. De huidige medicamenteuze behandelingen zijn slechts tijdelijk en genezen niet. Aan de andere kant, als stamcellen worden gedifferentieerd in dopaminerge neuronen en getransplanteerd, kan de ziekte van Parkinson worden genezen. Er waren veel stamcellen nodig om tot deze celtherapie te komen, die momenteel bij apen wordt getest.
Stamcellen kunnen worden gebruikt voor onderzoek naar ziekten en de ontwikkeling van geneesmiddelen. Tot nu toe moesten onderzoekers dierlijke cellen gebruiken om nieuwe medicijnen te ontwikkelen, maar nadat ze het aanbodprobleem met iPS-cellen hadden opgelost, kunnen ze nu rechtstreeks op menselijke cellen testen. De kans op succes in de klinische fase is laag als experimenten worden uitgevoerd met dierlijke cellen, dus de ontwikkeling van geneesmiddelen is tijdrovend en duur geweest. Als je menselijke cellen met een ziekte echter omgekeerd differentieert, kun je stamcellen met dezelfde ziekte creëren. Als je deze cellen test, kun je screenen op medicijnen die therapeutische effecten hebben en de kans op succes in de klinische fase vergroten.
Stamceltechnologie opent ook nieuwe mogelijkheden in de regeneratieve geneeskunde die verder gaan dan eenvoudige therapieën. Er wordt bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar het regenereren van beschadigde ruggenmergzenuwen of het repareren van kraakbeen dat is beschadigd door degeneratieve artritis. Deze benadering van regeneratieve geneeskunde zou nieuwe hoop kunnen bieden voor veel patiënten met ongeneeslijke ziekten.
De introductie van iPS-cellen in weefselmanipulatie heeft veel onderzoeksgebieden nieuw leven ingeblazen en de deur geopend voor weefselmanipulatie, die is vertraagd door sociale problemen en tekorten aan stamcellen. Onderzoeksresultaten met behulp van iPS-cellen zijn gepubliceerd in de heilige pagina's van Nature. Binnenkort zullen er cellulaire therapieën gemaakt worden op basis van iPS-cellen die op de patiënt afgestemd zullen worden, en uiteindelijk zullen patiënten die een hart- of niertransplantatie nodig hebben, organen kunnen ontvangen die geen immuunafstoting veroorzaken. Deze vooruitgang is een belangrijke stap in de richting van het realiseren van de toekomst van de gezondheidszorg waar we van dromen.
