Wereldpremière: creatie van functionele minidarm in laboratorium
Na een inspanning van meerdere jaren is een Frans-Amerikaans team er onlangs in geslaagd om met behulp van stamcellen een nagenoeg volledige menselijke minidarm te creëren in vitro, en die ook te laten werken. Dat betekent dat hij in staat is om zich samen te trekken en de geabsorbeerde stoffen voort te stuwen. Dat is een wereldpremière.
Hoewel het slechts gaat over een bolletje van enkele centimeter dat in een petrischaaltje zweeft, is dit toch een staaltje van technisch kunnen, want de darm is allesbehalve een eenvoudige buis.
Ook wel eens ons 'tweede brein' genoemd, zijn de darmen een van de organen die het moeilijkst te onderzoeken zijn. Ze bestaan uit een slijmvlies van cellen (enterocyten) die in nauw contact staan met miljoenen darmneuronen en spiervezels en beschikken over een eigen zenuwstelsel dat tal van functies controleert, zoals de vermenging en voortstuwing van de voedselbolus door het darmkanaal, de secretie van hormonen en de doorlaatbaarheid van het epitheel.
Stoornissen van dat systeem leiden tot tal van aandoeningen, die de auteurs van deze studie beter willen begrijpen. Daarom is het belangrijk dat ze nu beschikken over het hulpmiddel dat ze zopas gecreëerd hebben, met de combinatie van een innoverende benadering van weefselengineering en het gebruik van stamcellen.
Voor dit specifieke 'recept' voegden ze aan humane pluripotente stamcellen of iPS - in een welbepaalde volgorde - een cocktail van stoffen toe om ze te laten differentiëren tot darmweefsel. De onderzoekers maakten daarbij gebruik van een techniek die al eerder was toegepast.
Daarnaast creëerde het team aan de hand van diezelfde iPS-cellen ook zenuwcellen in een specifiek embryonaal stadium, om precursorneuronen van het intestinale zenuwstelsel te verkrijgen. Dat zogenaamde enterische zenuwstelsel is noodzakelijk om voedingsstoffen te kunnen absorberen en afvalstoffen te kunnen afvoeren via het maag-darmstelsel.
Op een welbepaald moment werden de twee celpreparaten samengebracht in een gel, waarna ze een 3D-structuur vormden. Die eerste fase was dus geslaagd en gaf aanleiding tot een menselijk weefsel dat leek op een foetale darm in ontwikkeling.
Vervolgens moest de werking nog getest worden. Daarvoor transplanteerden de wetenschappers het organel in een levend organisme, namelijk in immunodeficiënte laboratoriummuizen. Dat gebeurde niet in hun darmen, maar in een sterker gevasculariseerde zone. En na zes weken bleek alles te werken: de darm was gegroeid en tot rijping gekomen. Hij was gevasculariseerd en begon samen te trekken op een manier die merkwaardig veel op die van een menselijke darm leek.
Met hun darm van minder dan drie centimeter groot zijn de onderzoekers uiteraard nog ver verwijderd van de afmeting van de menselijke darm, die meerdere meters telt. Bovendien heeft het nog geen buisvorm en ontbreekt het nog aan een immuunsysteem, een microbioom en alle factoren die door de voeding worden aangebracht, voor we over een echte darm kunnen spreken. Maar het gaat om hetzelfde weefsel en volgens de ontwikkelaars is het heel goed mogelijk dat de ontwikkeling van het miniorgaan proportioneel verloopt met de omvang van de gastheer.
Hoe dan ook biedt deze première op lange termijn hoop voor de regeneratieve geneeskunde. Ze biedt de mogelijkheid om modellen te maken van maag-darmziekten en die te bestuderen, nieuwe behandelingen uit te testen en op maat gemaakte darmtransplantaties uit te voeren.
(referentie: Nature Medicine, 21 november 2011, doi:10.1038/nm.4233)