Menselijke organen van dierlijke herkomst

Een overzicht van het onderzoek naar mens-diercombinaties
Om oplossingen te vinden voor patiënten met een ziek orgaan, onderzoeken wetenschappers onder andere of ze menselijke organen in dieren kunnen laten groeien. Dit voorjaar lukte het wetenschappers om menselijke cellen te laten groeien in apenembryo’s. Het is de recentste bijdrage aan een snel ontwikkelend onderzoeksveld. Welke mens-diercombinaties zijn er al?

7 november vindt in NEMO Science Museum Amsterdam de Donordierdialoog plaats, waar vragen en ideeën met elkaar gedeeld kunnen worden. Naast de dialoog zijn ook diverse sprekers te gast. Hier vind je het programma en kun je je aanmelden. Bekijk hier het programma en meld je aan.

In 2003 slaagden wetenschappers er voor het eerst in om een combinatie van mens en dier te maken. Het ging toen nog niet om een heel orgaan, maar om losse cellen. Chinese wetenschappers van de Shanghai Second Medical University gebruikten eicellen van konijnen, haalden het konijnen-DNA eruit en injecteerden er menselijk DNA in. Het doel was om menselijke embryonale stamcellen te maken – cellen die nog tot iedere celsoort kunnen uitgroeien – zonder belastende ingrepen op een mens. Die cellen zou je kunnen transplanteren voor de behandeling van diverse ziektes, was het idee.

Het experiment was opzienbarend maar liet ook duidelijke tekortkomingen zien. Gezonde embryonale stamcellen kunnen blijven delen, maar dat deden ze in dit geval niet. Bovendien zat er in de mitochondriën – de energiefabriekjes van de cel – nog konijnen-DNA. Als je die cellen naar mensen zou transplanteren, kan er nog steeds een afweerreactie optreden.

Zeven jaar later creëerden wetenschappers van het Salk Institute in Amerika een muis met een lever die voor bijna 95 procent uit menselijke cellen bestond. Het doel was overigens niet om dit orgaan te transplanteren, maar om het te gebruiken voor onderzoek naar menselijke ziektes zoals een hepatitis C- of B-infectie.

Stamcellen zijn uniek in dat ze ‘eeuwig’ zichzelf kunnen dupliceren (self renewal, boven), maar ook kunnen veranderen in alle andere cellen (bv. hart-, long- en hersencellen) die in ons lichaam aanwezig zijn (differentiation, onder).
Andrew Corso & Mira C. Puri, Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Toronto

Goede match

Het onderzoeksgebied nam een vlucht door de ontwikkeling van CRISPR-Cas. Hiermee kunnen wetenschappers de genen uitschakelen die ervoor zorgen dat een dierlijk embryo een bepaald orgaan ontwikkelt. Vervolgens spuiten de onderzoekers menselijke stamcellen van de patiënt in het embryo, bijvoorbeeld van een varken. Die cellen zullen uitgroeien tot een menselijk orgaan, zoals een nier. De cellen worden niet afgestoten omdat het immuunsysteem van het varkensembryo nog niet ontwikkeld is.

Deze menselijke nier zou je kunnen transplanteren naar iemand die een nieuwe nier nodig heeft. Varkens lijken daarvoor een goede match met mensen omdat ze ongeveer dezelfde verhouding vet-spiermassa hebben en de organen een vergelijkbare grootte hebben.

Inmiddels is het wetenschappers ook gelukt om stamcellen uit huidcellen te maken, dus daar waren niet langer embryonale stamcellen uit dieren voor nodig, wat in de experimenten met de konijnencellen in 2003 nog gebeurde.

Goede timing vereist

Weer zeven jaar later, in 2017, lukte het diezelfde wetenschappers van het Amerikaanse Salk Institute met collega’s van de University of California in Davis om met die technieken een menselijke alvleesklier in een varken te laten groeien. De onderzoekers plaatsten ruim 2000 hybride embryo’s met zowel menselijke als varkenscellen in de baarmoeders van zeugen. Na drie tot vier weken moesten de wetenschappers het experiment stoppen vanwege ethische richtlijnen. Op dat moment waren er nog ruim 180 embryo’s over die de onderzoekers uit de baarmoeders haalden en onderzochten. Slechts één op de tienduizend cellen was menselijk.

Uitgelicht door de redactie

Geneeskunde
Muziek als medicijn

Geneeskunde
Vijf vragen over corona bij kinderen

Cultuurwetenschappen
‘Het dominante verhaal over slavernij heeft weinig te maken met de feiten’

Juan Carlos Izpisúa Belmonte, een van de hoofdonderzoekers, zei destijds tegen de Guardian: “Het uiteindelijke doel is om functioneel en transplanteerbaar weefsel of organen te kweken, maar daar zijn we nog ver van verwijderd. Dit is een belangrijke eerste stap.”

Een van de lastige dingen aan dit soort onderzoek is dat varkens 112 dagen zwanger zijn en vrouwen 280 dagen. De embryonale cellen ontwikkelen zich dus ook in een ander tempo. De onderzoekers ontdekten dat het daarom heel nauw komt kijken wanneer de menselijke stamcellen in het varken worden geïnjecteerd om te overleven. Jun Wu, een van de betrokken wetenschappers zei erover tegen de Guardian: "Het is alsof je een snelweg opgaat waar de auto’s drie keer sneller rijden dan jij en je de juiste timing moet kiezen om te voorkomen dat je een ongeluk veroorzaakt.”

Een jaar later kondigden wetenschappers van de University of California, Davis en van Stanford University aan dat het gelukt was om een vergelijkbaar experiment met schapenembryo’s uit te voeren. Ook dit experiment werd na drie tot vier weken afgebroken en ook hier was ongeveer één op de tienduizend cellen in de schapenembryo’s menselijk. Hoofdonderzoeker Hiro Nakauchi liet destijds aan de Guardian weten dat hij graag toestemming zou willen om de embryo’s een stuk langer te laten ontwikkelen.

Maas in de wet

In 2019 kreeg hij die toestemming in Japan. Nakauchi, die ook verbonden is aan de University of Tokyo, zette daarom een deel van de experimenten daar voort. In 2015 kondigden de Amerikaanse National Institutes of Health (NIH) een acute stop aan op overheidsfinanciering voor studies waarbij menselijke cellen in dierlijke embryo’s worden geïnjecteerd. Pas in april van dit jaar werd dat opgeheven.

Het maken van een chimaera van muis en rat is al een paar jaar mogelijk. Een chimaera van rat en varken lukt niet, omdat deze diersoorten te veel van elkaar verschillen. Een chimaera van mens en varken bleek moeilijk, maar is nu wel gelukt.

In Nederland verbiedt de Embryowet het om dier-menscombinaties die met menselijke stamcellen uit embryo’s zijn gemaakt langer dan veertien dagen in een laboratorium te laten ontwikkelen. Wetenschappers mogen dit embryo ook niet terugplaatsen in de baarmoeder van een mens of dier. Over mens-diercombinaties die met stamcellen uit huidcellen zijn gemaakt, zegt de wet niets. Het is een maas in de wet maar geen enkele Nederlandse wetenschapper maakt daarvan gebruik.

Het was de Spanjaard Izpisúa Belmonte van het Salk Institute die in 2019 in de Spaans krant El País aankondigde de eerste mens-aapcombinatie te hebben gemaakt. In april van dit jaar publiceerden hij en zijn collega’s hun resultaten in het tijdschrift Cell. De embryo’s werden niet teruggeplaatst in apenbaarmoeders maar bleven in het lab. Ze waren niet levensvatbaar. Na negentien dagen werd het experiment gestopt.

De studie kreeg behoorlijk wat commentaar. Bioloog Alfonso Martinez Arias van de University of Cambridge zei tegen Science Media Centre: “Ik vind dat de conclusies niet worden onderbouwd met solide gegevens. Uit de resultaten blijkt, voor zover deze te interpreteren zijn, dat de chimeren (mens-diercombinaties, red.) niet werken en dat alle proefdieren erg ziek zijn.”

Nog los van alle ethische bezwaren, is het nog maar de vraag of en wanneer het gaat lukken om een gezond menselijk orgaan in een dier te kweken. We lijken er nog ver van verwijderd maar de wetenschap laat zich lastig voorspellen.

Donordierendialoog

Dit artikel is onderdeel van de Donordierendialoog, een serie gesprekken waarin mensen met elkaar praten over de wenselijkheid van donordieren. Kijk voor meer informatie op deze themapagina. Meepraten? Dat kan op 7 november in Science Museum NEMO (Amsterdam).

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Ziekten genezen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden