Lichtgevende Utrechtse muis zorgt voor doorbraak in stamceltherapie

Een beschadigde darm of lever herstellen met behulp van lichaamseigen stamcellen, lange tijd leek het een illusie. Getuige recente publicaties in de topbladen Science en Nature heeft hoogleraar moleculaire genetica Hans Clevers nu echter de sleutel gevonden. Met dank aan een lichtgevende muis. Op vrijdag 28 mei vertelt de directeur van het Utrechtse Hubrecht Instituut erover tijdens de jaarlijkse David de Wiedlezing.Op het eerste gezicht ziet de screensaver op zijn PC er niet bijster spannend uit: wat vage, gekleurde vegen tegen een zwarte achtergrond, een tweederangs werkje uit de school van het Amerikaans abstract expressionisme. Heel wat anders dan het zonnige vakantietafereel, dat zo veel universitaire computerschermen siert.Die indruk verandert echter op slag, wanneer Hans Clevers vertelt dat we niet kijken naar de reproductie van een schilderij, maar naar lichtgevende stamcellen in een speciaal voor dat doel ‘ge-engineerde’ muis. “Wij hebben die muis gemaakt”, legt hij uit, “door uit een muizenembryo een embryonale stamcel te halen, een cel die nog alles kan worden."Aan het DNA van die cel hebben we een extra gen toegevoegd dat ervoor zorgt dat de cel licht gaat geven. Wij hebben dat extra gen zo geplaatst dat het alleen actief wordt in werkende stamcellen. Vervolgens zijn we de muis gaan opkweken en nu hebben we dus een hele stam lichtgevende muizen. Dankzij het oplichten kunnen we voor het eerst precies zien waar in het dier zich actieve stamcellen bevinden.”GESPECIALISEERDEen leuke vondst, maar waarvoor is het in hemelsnaam nodig om te weten waar zich in een muis stamcellen bevinden? Voor een antwoord op die vraag neemt Clevers ons mee naar het onderzoek waaraan hij al sinds zijn promotie werkt. “Ik houd mij eigenlijk al mijn leven lang bezig met de vraag hoe het komt dat uit één enkele bevruchte eicel zoveel verschillende soorten cellen kunnen ontstaan."Dat begint al in het allereerste embryonale stadium als een cel na deling moet beslissen of hij binnen- of buitenkant wordt. Via veertig tot vijftig delingen wordt uiteindelijk het stadium bereikt waarin de cel volledig gespecialiseerd is tot bijvoorbeeld een bepaald type lever- of darmcel.”----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------         TWEE SOORTEN STAMCELLEN         Er bestaan ruwweg twee soorten stamcellen. Aan de ene kant zijn er de embryonale stamcellen, die maar heel kort bestaan. Ze ontwikkelen zich uit de bevruchte eicel op het moment dat het embryo zich nestelt in de baarmoederwand. Hun aantal is beperkt, maar bijzonder is dat zij door deling elk type cel kunnen produceren. Daarom worden zij ook wel totipotente stamcellen genoemd.         Al na korte tijd ontstaan uit deze embryonale cellen door deling meer gespecialiseerde stamcellen, waaruit zich nog maar een beperkt aantal cellen kan ontwikkelen. Darmstamcellen produceren door deling bijvoorbeeld alleen darmcellen en zullen onder geen enkele voorwaarde andere cellen maken. Zelfs als ze elders in het lichaam worden ingebracht, gaan ze daar darm maken. Ze zijn volledig voorbestemd. Aanvankelijk werd gedacht dat deze stamcellen alleen voorkomen in bepaalde organen, maar inmiddels is duidelijk dat elk orgaan er over beschikt.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Al die beslissingen nemen cellen door elkaar boodschappen te sturen, die uiteindelijk worden doorgegeven naar de celkern. Daar zitten eiwitten die genen aan- en uit kunnen zetten. Normaal worden precies genoeg genen aangezet om de vorming van nieuwe cellen probleemloos te laten verlopen, maar soms treedt er een fout op in zo’n boodschappenroute.Dan blijft een stamcel maar doorgaan met nieuwe cellen produceren, met kanker tot gevolg. “Ikzelf houd mij sinds een aantal jaren bezig met onderzoek naar de vorming van nieuwe cellen in de darm en met wat daarbij mis kan gaan”, vervolgt Clevers zijn verhaal. “Dat is een enorm actief proces, want iedere vijf dagen wordt de binnenbekleding van de darm volledig vervangen."Elke dag wordt door de stamcellen in de darm liefst tweehonderd gram aan nieuwe darmcellen gevormd. Om dat proces goed te kunnen begrijpen wilden we de stamcellen in de darm onderzoeken en uitvinden welk gen daar actief is. Er was alleen een klein probleem. Tot voor een paar jaar hadden we geen idee welke cellen de stamcellen waren.”DETECTIVEWERKWat volgde was een ingenieus stukje detectivewerk op microniveau. Clevers wist op dat moment alleen nog maar dat het eiwit TCF een belangrijke rol speelt bij het aanmaken van nieuw darmweefsel. “Wij zijn toen gaan uitzoeken op welke genen dat eiwit zich richt. Dat waren er ongeveer tweehonderd van de dertigduizend in ons DNA."Van al die tweehonderd genen zijn we stuk voor stuk gaan uitzoeken in welke cellen ze actief zijn. Uiteindelijk heeft Nick Barker, een Engelsman in ons lab, ontdekt dat een gen met de naam Lgr5 het door ons gezochte gen moest zijn. Maar bovendien bleek dat gen zich te bevinden in heel klein, heel zeldzaam celletje, dat ons nog nooit eerder was opgevallen. Dat moest dus onze stamcel zijn.”KNOCK-IN MUISDe grote vraag was nu hoe die pas ontdekte stamcellen van de darm zichtbaar genmaakt konden worden, want pas als je iets ziet, kun je er serieus onderzoek naar doen. Het antwoord was de eerder genoemde ‘knock-in’ muis, met in het Lgr5 gen een extra stukje DNA ingebouwd, afkomstig uit een soort kwallen die in warmere streken verantwoordelijk zijn voor het lichten van de zee.Clevers: “Dankzij onze lichtgevende muis konden we nu precies de stamcellen in de darm zien liggen, maar tot onze verrassing zagen we ook stamcellen in bijvoorbeeld de lever en de hersenen, organen waar niemand ze verwachtte. Dat was echt helemaal nieuw. We hebben door ons te concentreren op Lgr5, een gen waaraan nog nooit eerder onderzoek was gedaan, echt een ‘pot of gold’ gevonden, zoals ze in de VS zeggen.”----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------         BLAUW         Om er honderd procent zeker van te zijn dat de door hem ontdekte cel in de darm ook echt een stamcel was, moest Clevers dat uiteraard bewijzen. Ook daarvoor maakte hij gebruik van de modernste gentechnologie. “Wij hebben in het Lgr5 gen van de door ons gefabriceerde muis niet alleen een stukje DNA geplakt waardoor de stamcellen licht gingen geven, maar ook nog een ander stuk DNA, waardoor ze blauw werden.        "Je kunt je afvragen waarom dat nodig was, want ze gaven toch ook al licht? Maar dat zit zo: Een stamcel maakt, als hij deelt, een nieuwe stamcel en een dochtercel. Die stamcel blijft licht geven, maar de dochtercel zet het licht uit. Door onze ingreep wordt die dochtercel echter wel blauw.           "Uit het snel groeiende aantal blauwe cellen konden we dus niet alleen afleiden dat de nieuw ontdekte cel inderdaad een stamcel is, maar konden we na verloop van tijd ook precies zien welke cellen in de muis nakomelingen zijn van die stamcel. Je kunt dat mooi zien op een filmpje op mijn website."----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------POT MET GOUDMet die pot met goud doelt Clevers niet alleen op de wetenschappelijke roem die hem dankzij zijn vondst ten deel is gevallen, maar zeker ook op de ongekende mogelijkheden van de Utrechtse vinding voor de regeneratieve geneeskunde. “Vorig jaar heeft een van mijn medewerkers, de Japanse postdoc Toshi Sato, in Nature beschreven hoe hij uit één darmstamcel van een muis een hele darm heeft laten groeien."Hij heeft precies de juiste kweekcondities ontwikkeld en het resultaat was een volstrekt normale darm, die bijna niet te onderscheiden was van de gewone darm van een muis. Inmiddels zijn bij muizen ook al de eerste transplantaties uitgevoerd. In een muis met een zwaar beschadigde darm zijn darmstamcellen ingebracht, en precies zoals verwacht, zijn die cellen keurig netjes nieuwe darm gaan maken.”DIABETESIntussen blijkt dat ook stamcellen in onder meer de maag, de lever en de alvleesklier in staat zijn om nieuw weefsel te maken, aldus Clevers. “Het lijkt er zelfs op dat we in de alvleesklier insuline producerende cellen kunnen maken, zodat we in de toekomst mogelijk mensen met diabetes kunnen genezen."En het mooie is dat deze aanpak met lichaamseigen stamcellen volstrekt veilig is, heel anders dan wanneer geprobeerd wordt nieuw weefsel te maken met behulp van embryonale stamcellen. Die moeten namelijk eerst veertig tot vijftig keer delen voordat zij bijvoorbeeld een darmcel gevormd hebben, en bij elke deling kan het mis gaan en kan kanker ontstaan.PERSPECTIEVEN"De darmstamcellen die wij met een simpele biopt uit een patiënt kunnen halen, maken alleen maar darm, ze kunnen niets anders. Bovendien zijn ze afkomstig uit het lichaam van de patiënt en bestaat er dus geen risico op afstoting. We zijn nu nog niet zover, maar op termijn biedt deze aanpak prachtige perspectieven voor de regeneratieve geneeskunde." ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------EEN VERGETEN CANADEESBij zijn naspeuringen naar de darmstamcel deed Clevers een curieuze ontdekking. “Wij dachten dat wij de eersten waren die serieus naar deze cellen hadden gekeken, maar toen we verder gingen zoeken, ontdekten we dat een Canadees, een zekere Leblond ze 35 jaar geleden al had beschreven."Hij had ze met een elektronenmicroscoop gezien en heeft in een artikel letterlijk geschreven: dit zouden wel eens de stamcellen van de darm kunnen zijn. Maar ja, zo gaat dat soms in de wetenschap, Leblond was een bescheiden en heel voorzichtig man en niemand heeft zijn claim serieus genomen. Vandaar dat zijn ontdekking compleet is ondergesneeuwd."Helaas heeft hij zijn rehabilitatie net niet meer kunnen meemaken, want hij is twee jaar geleden overleden, net ten tijde van onze eerste publicatie. Ik heb kopieën opgevraagd van al zijn papers en die heb ik inmiddels hier, sommige met zijn eigen aantekeningen en met hier en daar een koffievlek. Dat doet me wel iets, om te zien dat Leblond in de jaren zeventig al uitspraken heeft gedaan, die wij nu stuk voor stuk bevestigen."----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------