Tien doorbraken: Van slimme materialen tot efficiënte planten

1 Organen kweken

Van bacterie tot brein, er wordt gesleuteld aan de natuur. Bèta-wetenschappers over de belangrijkste ontdekkingen die we zouden moeten doen. Hoeveel beter kunnen we de wereld maken, en wat kunnen we manipuleren? De eerste van de 10 verwachte doorbraken is op het gebied van de geneeskunde, die een nieuwe weg inslaat: vervanging in plaats van poging tot genezing.

Medium 1 donoren overbodig 300

Het duurt niet lang meer, hopen wetenschappers, of we kunnen haperend weefsel of versleten organen naar believen vernieuwen. Deze ontwikkeling danken we aan het stamcel­onderzoek. In het lab is aangetoond dat cellen uit het eigen lichaam kunnen worden opgekweekt tot ieder denkbaar lichaamsdeel. Als het lukt om de transplantatie van dat nieuwe weefsel goed onder de knie te krijgen, maakt dat donoren in één klap overbodig. De geneeskunde slaat dan een hele nieuwe weg in: vervanging in plaats van poging tot genezing.

Stamcelonderzoek heeft in de laatste tien jaar enorme vorderingen gemaakt. Geneticus Hans Clevers, vanaf 1 juni de nieuwe president van de knaw, spreekt van een ‘explosieve groei’. Tot voor kort richtte het zich voornamelijk op het embryo, het eerste stadium van het menselijk leven. In het embryo leven stamcellen die de basis vormen voor alle organen in het volwassen lichaam; ze bouwen het lichaam als het ware op. De cellen bestaan in het embryo slechts een paar dagen, maar kunnen in het lab langdurig gekweekt worden. Uiteindelijk ontwikkelen ze zich tot ‘adulte’ stamcellen, die weliswaar een leven lang meegaan, maar zich beperken tot onderhoud van het orgaan waartoe ze behoren.

We wisten al dat embryonale stamcellen zich bij uitstek lenen om nieuw weefsel te kweken. Maar die methode was altijd zeer controversieel, omdat er embryo’s voor vernietigd worden. Nu is het onderzoekers gelukt om volwassen cellen om te vormen tot stamcellen met embryonale eigenschappen. Een minuscuul stukje van iemands huid is voldoende om ieder weefsel te ontwikkelen, of het nu gaat om hart-, bloed-, of levercellen, of om het centrale zenuwstelsel, waarmee ziektes als Parkinson of Alzheimer verband houden. Omdat het lichaamseigen is, kan dit weefsel – in theorie – bovendien probleemloos worden getransplanteerd. In kweek is dit allemaal aangetoond, nu moet de praktijk gaan volgen.

Dit zou een uitkomst zijn voor patiënten die nu afhankelijk zijn van schaars donorweefsel. Maar het is nog toekomstmuziek, al hoopt Clevers dat het reeds in de komende jaren mogelijk zal blijken om gekweekte stamcellen veilig te transplanteren. In dat geval gaat een wereld aan mogelijkheden open. Zoals de Leidse biologen Christine Mummery, Rob Hoeben, Harald Mikkers en Christian Freund schrijven: ‘Iedereen wil oud worden, maar niemand wil oud zijn.’ Ouderdom gaat gepaard met chronische ziektes, veelal veroorzaakt door slijtage van organen. Nieuw opgekweekt weefsel, gemaakt van eigen cellen, kan die oude organen vervangen – denk aan nieuw hartspierweefsel na een infarct, of aan nieuwe cellen die insuline produceren. Een uitkomst bij diabetici. Daarmee wordt veel leed beperkt, schrijft Mummery. En niet enkel bij mensen, ook bij proefdieren, want farmaceutisch onderzoek kan zich straks richten op gekweekte menselijke cellen. Zelfs de cosmetische geneeskunde krijgt een geweldige impuls: het wordt nu echt mogelijk de huid te verjongen.

Uiteindelijk zal het zelfs mogelijk worden om leven op te bouwen zonder gebruik van stamcellen, verwachten wetenschappers. Dan wordt het een kwestie van exact nabouwen van levende cellen. Biochemicus Pieter Rein ten Wolde noemt dit ‘ongetwijfeld de grootste doorbraak’ die ons te wachten staat. Dat kan, als het lukt de afzonderlijke componenten van een cel samen te brengen. De discipline die zich hiermee bezighoudt is de synthetische biologie. Maar eerst moet dan meer begrepen worden van de precieze werking van de cel.

Er is de laatste jaren een schat aan informatie beschikbaar gekomen over de opbouw en de werking van levende cellen. In feite bestaan ze uit netwerken van eiwitten en moleculen, die een ongekende hoeveelheid reacties met elkaar kunnen aangaan. We weten nu dat veel immuunziektes, maar ook veel vormen van kanker hun oorsprong vinden in slechte communicatie tussen de eiwitten in de cel – en niet in een disfunctionerend eiwit op zich. Je zou het een netwerkprobleem kunnen noemen.

De onderdelen van deze netwerken zijn recentelijk in kaart gebracht, op zich al een prestatie. Nu is de vraag: hoe reageren onderdelen op elkaar en waarom? Ingewikkeld, want biochemische netwerken zijn uitermate complex. Er zijn wiskundige modellen voor nodig om ze te kunnen doorgronden. Daartoe ontwierp de vakgroep van Ten Wolde bijvoorbeeld nieuwe algoritmes, waarmee ze maar liefst zo’n honderdduizend keer sneller kunnen rekenen dan voorheen.

De Groningse biochemicus Bert Poolman is er evenzeer van overtuigd dat het op termijn mogelijk zal blijken nieuwe levende systemen van de grond af op te bouwen. ‘Dat zal resulteren in een beter begrip van het leven – en ook in ongekende toepassingsmogelijkheden’, zo schrijft hij. Dan zijn we nog wel enkele decennia bezig. Maar dan zal het mogelijk blijken bepaalde onderdelen of zelfs hele reactie­patronen in de cel bij te sturen, veronderstelt Poolman. Op een gegeven moment zullen wetenschappers onderdelen zoals eiwitten zelf gaan ontwerpen en modelleren. De logische stap die daarop volgt, is dat ze hele processen in de hand krijgen.

Dan treedt het moment aan dat wetenschappers daadwerkelijk nieuw leven maken. Aan de voorspelling wat dat mogelijk allemaal betekent, en wat daarvan de gevolgen zijn, durft – vrijwel – niemand zich te wagen, al doet biofysicus Raoul Frese een dappere poging: ‘Planten produceren medicijnen, blinden kunnen zien, het brein wordt uitgeplozen en nieuwe weefsels gemaakt. Een stap verder zijn de synthetische organen – en wie weet wordt de dood ook nog verslagen.’


Dit is de eerste van 10 doorbraken in De Groene Amsterdammer_s special van deze week, die we samenstelden op basis van de bijdragen van 89 toponderzoekers. Op onze speciale site leest u de bijdragen van alle bèta-wetenschappers._

Medium banner10 boven

Tekening bij intro: Femke van Heerikhuizen