Chimera’s zouden een dieper begrip kunnen inleiden van hoe cellen lichamen bouwen
Menselijke cellen (groen) verpakken zich in het oog van een ontwikkelende muis (blauw) in dit hybride embryo.
Wetenschappers hebben embryo’s gemaakt die veel muis en een beetje menselijk zijn.
Met een beetje hulp, menselijke stamcellen kunnen zichzelf breien tot groeiende muizenembryo’s, bevolken de zich ontwikkelende lever, hart, netvlies en bloed, rapporteren onderzoekers 13 mei in Wetenschappelijke vooruitgang.
Finicky menselijke cellen groeien niet goed bij andere dieren. Maar in een van de nieuwe muisembryo’s was 4 procent van de cellen menselijk – de meest grondige menging tussen mens en muis tot nu toe.
Dat niveau van integratie is “nogal opvallend voor mij”, zegt Juan Carlos Izpisua Belmonte, een stamcel en ontwikkelingsbioloog aan het Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Californië. Als andere wetenschappers de bevindingen kunnen repliceren, “vertegenwoordigt het mogelijk een grote vooruitgang ”, zegt Izpisua Belmonte, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Dergelijke hersenschimmen kunnen helpen onthullen hoe een enkele cel een heel organisme kan veroorzaken. Meer gehumaniseerde dieren zouden ook waardevol kunnen zijn bij het bestuderen van ziekten zoals malaria die mensen meer treffen dan andere dieren. En met meer vooruitgang zouden chimera’s uiteindelijk een bron van menselijke organen kunnen blijken te zijn.
Veel wetenschappers zijn wegversperringen tegengekomen bij het kweken van menselijke stamcellen bij muizen of andere dieren, waaronder varkens en koeien (SN: 26-1-17). “We hebben duizenden embryo’s geanalyseerd, maar hebben nooit een robuuste chimere bijdrage gezien” van menselijke stamcellen aan embryo’s van muizen na dag 12, zegt stamcel- en ontwikkelingsbioloog Jun Wu van het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas in Dallas, die niet betrokken was bij de studie.
Het succes van de nieuwe methode komt neer op timing, zegt neurowetenschapper en stamcelbioloog Jian Feng. Om te groeien en te gedijen in een muizenembryo, moeten de ontwikkelingsklokken van menselijke stamcellen worden teruggedraaid naar een eerdere fase, de naïeve fase. ‘Je moet de menselijke cellen eigenlijk terugduwen’ naar die fase, zegt Feng van de universiteit van Buffalo in New York.
Feng en zijn collega’s resetten de klokken van de stamcellen door een eiwit genaamd mTOR gedurende drie uur het zwijgen op te leggen. Deze korte behandeling schokte de cellen terug naar hun naïeve stadium en herstelde vermoedelijk hun vermogen om in een cel in het lichaam te veranderen.
Onderzoekers injecteerden batches van 10 tot 12 van deze meer jeugdige menselijke stamcellen in muisembryo’s die ongeveer 60 tot 80 muiscellen bevatten, en lieten de embryo’s zich gedurende 17 dagen ontwikkelen.
Naar buiten toe groeiden deze embryo’s normaal ondanks het herbergen van menselijke cellen. Door DNA te tellen dat specifiek was voor muis of mens, ontdekten de onderzoekers dat menselijke cellen goed waren voor 0,1 tot 4 procent van de totale cellen in de embryo’s.
Menselijke cellen hebben zich in de meeste weefsels van de muis gebreid, die bestemd waren om de lever, het hart, het beenmerg en het bloed te worden. Menselijke rode bloedcellen waren bijzonder overvloedig aanwezig in deze muisembryo’s, vonden de onderzoekers. Een klein aantal menselijke cellen verscheen in weefsel dat hersenen zal vormen; één embryo had een zwerm menselijke fotoreceptoren, oogcellen die licht helpen detecteren.
Voor zover de onderzoekers konden zien, bevonden zich geen menselijke cellen in de cellen die sperma en eicellen vormden. Het vermogen van hersenschimmen om zich voort te planten is een van de zorgwekkende ethische vragen rond de organismen die wetenschappers nog steeds proberen te achterhalen.
Eenmaal in een muizenembryo versnelde het normaal trage ontwikkelingsritme van de menselijke cellen om hun gastheren te evenaren. Menselijke stamcellen veranderen doorgaans langzaam in bepaalde soorten volwassen fotoreceptoren, levercellen of rode bloedcellen, zegt Feng, maar niet wanneer de menselijke cellen zich in een muizenembryo bevinden. ‘Je plaatst dezelfde menselijke cellen in een muizenembryo, [and] ze gaan snel ”, zegt Feng. “In 17 dagen krijg je al deze volwassen cellen die anders maanden nodig zouden hebben om in een normaal menselijk embryo te komen.”
Andere wetenschappers benadrukken dat verschillende laboratoria de resultaten moeten herhalen. Maar ‘als het werkt – een grote als hier – heeft dit grote gevolgen’, zegt Wu.
