Alai

Gekweekte lichaamsdelen

Het laten aangroeien van een ontbrekend ledemaat is niet erg – voor een zeester of salamander, wezens die bekend staan om hun regeneratieve “superkrachten” waarmee ze ontbrekende armen en staarten kunnen vervangen. Maar zij zijn niet de enige dieren die vernietigde of beschadigde lichaamsdelen weer kunnen opbouwen. Herten kunnen tot wel 30 kilo gewei (30 kilogram) aan gewei in slechts drie maanden. Zebravissen kunnen hun hart opnieuw laten groeien, terwijl platwormen hebben aangetoond dat zij hun eigen hoofd kunnen regenereren.

Voor mensen geldt echter: wat verloren gaat, gaat verloren – of niet?

Elke cel in je lichaam wordt voortdurend vervangen als hij verslijt, een proces dat vertraagt naarmate je ouder wordt, maar dat gedurende je hele leven doorgaat. U kunt deze frequente en zichtbare regeneratie zelfs waarnemen in een van uw organen: uw huid. Volgens de American Chemical Society verliest de mens elke twee tot vier weken zijn volledige buitenste huidlaag en ongeveer 510 gram huidcellen per jaar.

Het regenereren van complete organen en lichaamsdelen, een gangbare praktijk bij de Time Lords van “Doctor Who”, valt echter buiten het bestek van de menselijke biologie. Maar in de afgelopen jaren hebben wetenschappers met succes een reeks menselijke lichaamsstructuren gekweekt, soortgelijke structuren die met succes zijn getest op dieren, en kleinschalige menselijke organen die bekend staan als “organoïden”, die worden gebruikt om de menselijke orgaanfunctie en -structuur te bestuderen op een niveau van detail dat voorheen onmogelijk was. Hier volgen enkele recente voorbeelden:

Eileiders

Wetenschappers van het Max Planck Institute for Infection Biology in Berlijn hebben met behulp van stamcellen de binnenste cellulaire laag van menselijke eileiders gekweekt, de structuren die de eierstokken en de baarmoeder met elkaar verbinden. In een verklaring vrijgegeven op 11 januari, beschrijven de onderzoekers de resulterende organoïden als het delen van de kenmerken en vormen die kenmerkend zijn voor eileiders op ware grootte.

Minibrein

Een in het laboratorium gekweekt brein ter grootte van een potloodgummetje werd door wetenschappers van de Ohio State University (OSU) gekweekt uit huidcellen en is structureel en genetisch vergelijkbaar met het brein van een 5 weken oude menselijke foetus. In een verklaring van 18 augustus omschreven als “een hersenveranderaar” door OSU-vertegenwoordigers, heeft de organoïde functionerende neuronen met signaaldragende uitlopers zoals axonen en dendrieten. Op de foto van de minibrein zijn met labels structuren aangegeven die normaal in een foetaal brein worden aangetroffen.

Minihart

Onderzoekers lieten stamcellen zich ontwikkelen tot hartspieren en bindweefsel, en vervolgens organiseren tot kleine kamers en “kloppen”. Op een video van de prestatie kloppen de hartspiercellen (aangegeven met rood in het midden) terwijl het bindweefsel (groene ring) het minihart vastzet op de schaal waar het is gegroeid. Kevin Healy, een University of California, Berkeley, hoogleraar bio-engineering en co-senior auteur van de studie, zei in een verklaring. “Deze technologie zou ons kunnen helpen snel te screenen op geneesmiddelen die waarschijnlijk hartgeboorteafwijkingen genereren, en beslissingen te begeleiden over welke geneesmiddelen gevaarlijk zijn tijdens de zwangerschap.” Het onderzoek werd maart 2015 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications

Minikidney

Een team van Australische wetenschappers kweekte een minikidney, waarbij stamcellen werden gedifferentieerd om voor het eerst een orgaan met de drie verschillende soorten niercellen te vormen. De onderzoekers kweekten de organoïde in een proces dat de normale ontwikkeling van de nier volgde. In de afbeelding vertegenwoordigen de drie kleuren de soorten niercellen die “nefronen” vormen, de verschillende structuren binnen de nier.

Minilung

Onderzoekers van verschillende instellingen werkten samen om 3D-longorganoïden te kweken die bronchiën, of luchtwegstructuren, en longzakken ontwikkelden. “Deze minilongen kunnen de reacties van echte weefsels nabootsen en zullen een goed model zijn om te bestuderen hoe de vorm van organen verandert bij ziekte en hoe ze zouden kunnen reageren op nieuwe geneesmiddelen”, aldus Jason R. Spence, hoofdauteur van de studie en assistent-professor in interne geneeskunde en cel- en ontwikkelingsbiologie aan de University of Michigan Medical School, in een verklaring. De minilongen overleefden meer dan 100 dagen in het lab.

Ministomach

Ministomachs die ongeveer een maand nodig hadden om in een petrischaaltje te worden gekweekt, vormden “ovaalvormige, holle structuren” die leken op een van de twee secties van de maag, zei Jim Wells, co-auteur van de studie en professor in de ontwikkelingsbiologie aan het Cincinnati Children’s Hospital Medical Center. Wells vertelde Live Science dat de kleine magen, die ongeveer 3 millimeter in diameter meten, vooral nuttig zouden zijn voor wetenschappers die de effecten bestuderen van een bepaalde bacterie die maagziekten veroorzaakt. Dit komt omdat de bacteriën zich anders gedragen in dierlijke proefpersonen, zei hij.

Vagina

In april 2014 beschreef een studie gepubliceerd in het tijdschrift The Lancet de succesvolle transplantaties van in het lab gekweekte vagina’s, gecreëerd door de cellen van de patiënten te koesteren op een vagina-vormige steiger. De transplantaties, die enkele jaren eerder werden uitgevoerd bij vier meisjes en jonge vrouwen tussen 13 en 18 jaar, corrigeerden een aangeboren afwijking waarbij de vagina en de baarmoeder ontbreken of onderontwikkeld zijn. De tieners werden jaarlijks onderzocht gedurende acht jaar na de transplantaties, gedurende welke tijd de organen normaal functioneerden, waardoor pijnloze geslachtsgemeenschap mogelijk was.

Penis

Wetenschappers van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine gebruikten konijncellen om penisweefsel te kweken en transplanteerden de in het lab gekweekte penissen op mannelijke konijnen, die vervolgens met succes paarden. Maar het proces bevindt zich nog in een experimenteel stadium en de goedkeuring van de US Food and Drug Administration is nodig voor het team om zijn werk uit te breiden en menselijk weefsel en proefpersonen te integreren. Het U.S. Armed Forces Institute of Regenerative Medicine stelt geld beschikbaar voor de studie, aangezien het onderzoek ten goede kan komen aan soldaten die liesblessures hebben opgelopen tijdens gevechten.

Esophagus

Aan de Medische Staatsuniversiteit van Kuban in Krasnodar, Rusland, heeft een internationaal team van wetenschappers een werkende slokdarm geconstrueerd door stamcellen drie weken lang op een steiger te laten groeien; vervolgens hebben zij het orgaan met succes bij ratten geïmplanteerd. De wetenschappers testten de duurzaamheid van de nieuwe slokdarm door deze 10.000 keer op te blazen en weer leeg te laten lopen. De kunstmatige structuren werden bij 10 ratten geïmplanteerd en vervingen tot 20 procent van de oorspronkelijke organen van de dieren.

Oren

Nou dit horen: Wetenschappers hebben menselijke oren 3D-geprint door ze te kweken door gegoten oorvormen te bedekken met levende cellen die rond het frame groeiden. De onderzoekers maakten de oorvormige vorm door met behulp van 3D-software een model te maken van het oor van een kind en dit model vervolgens naar een 3D-printer te sturen. Zodra de wetenschappers de vorm in handen hadden, injecteerden ze het met een cocktail van levende oorcellen en collageen van koeien, en “er plofte een oor uit,” meldde Live Science. De gefabriceerde oren werden vervolgens gedurende één tot drie maanden bij ratten geïmplanteerd terwijl wetenschappers de veranderingen in grootte en vorm evalueerden naarmate de organen groeiden.