De kranten staan de laatste tijd bol van de artikelen over stamcellen. In het
wetenschappelijk onderzoek gebeurt er dan ook veel rond deze cellen. Wat zijn
stamcellen eigenlijk? Waarom is er zo'n ophef over?
Stamcellen zijn de enige
cellen in het lichaam die zichzelf kunnen prolifereren (verdubbelen, dus
groeien), maar zich ook tot elk celtype kunnen differentiëren (specialiseren,
transformeren). Deze functie kan gebruikt worden om bijvoorbeeld hersen- of
lever beschadiging weer aan te laten groeien.
Embryo's van een paar dagen oud
bestaan helemaal uit stamcellen, de wetenschap wil dan ook menselijke embryo's
gebruiken om deze cellen in handen te krijgen. Dit zorgt voor nogal wat
tegenstand van mensen die vinden dat je menselijke embryo's, ook al bestaan ze
maar uit een paar cellen niet mag gebruiken voor wetenschappelijk onderzoek.
Voor meer informatie kun je tekstbox 1 lezen.
Deze tekst gaat niet over die
richting in stamcel onderzoek*. Stamcellen zijn namelijk ook in het beenmerg van
de mens te vinden. Deze tekst zal jullie meenemen naar de "gewone" functie van
de stamcel, hoe de wetenschap gebruik van hem maakt en hoe de stamcel zelfs in
zijn gewone functie, levens redt.
Deel_1
In het beenmerg ontstaan dus nieuwe bloedcellen uit de stamcellen (figuur 3). Bloedcellen hebben een hoge "turn-over", dat wil zeggen dat ze niet heel erg lang in het bloed leven. Ze worden snel opgeruimd en het beenmerg zorgt dan weer voor nieuwe cellen. Er zijn veel verschillende bloedcellen in het bloed met alle hun eigen functie. Je rode bloedcellen zorgen voor het transport van zuurstof in je lichaam, zij transporteren zuurstof van je longen naar de weefsels. Bloedplaatjes zorgen voor bloedstolling, zonder bloedplaatjes kun je dus doodbloeden aan een klein wondje. De witte bloedcellen (leukocyten) vormen het immuun systeem, ze beschermen je tegen bacteriën en andere indringers van je lichaam. Je snelle afweer wordt verzorgd door een speciaal soort witte bloedcellen: de neutrofiele granulocyten. Zij vallen alles aan wat niet in je lichaam thuishoort en dus "lichaamsvreemd" is. De turn-over van deze cellen is heel snel, als ze niet aangemaakt zouden worden door je beenmerg zouden ze heel snel uit je bloed verdwijnen. T- en B Lymfocyten zorgen voor de specifieke afweer van je lichaam. Alle indringers die ooit zijn opgeruimd uit je lichaam onthouden en elimineren ze, deze cellen hebben een veel lagere turn-over.
Dit is het einde van deel 1. Het is belangrijk voor het verdere begrip van deze tekst dat je de volgende vragen goed begrijpt en beantwoort. Als je iets niet weet dan kun je het aan de docent vragen, hij of zij heeft de antwoorden. Om de vragen makkelijk te beantwoorden kun je het vragenblad uitprinten.
Deel_2
Kanker
Kanker is een verzamelnaam voor verschillende
ziektebeelden die allemaal hetzelfde kenmerk hebben: lichaamseigen cellen die
zich ongeremd delen**. Uit alle cellen in je lichaam kan een kanker ontstaan,
bot, hersenen, borsten, bloed etc. De medicijnen en therapieën die tot nu toe
gevonden zijn om kanker te bestrijden zijn erg rigoureus en vooral aspecifiek.
Dit betekent dat niet alleen de kanker aangepakt wordt maar ook gezonde cellen
kunnen sterven. Vooral chemotherapie is een methode waardoor ook gezonde
weefsels kunnen afsterven. Je lever en je longen bijvoorbeeld kunnen geen hoge
chemokuur dosis aan, deze vitale organen bepalen dan ook mede het maximum
dosis chemokuur die aan een patiënt gegeven kan worden. Chemotherapie pakt
vooral de sneldelende cellen aan, dit zijn dus de kankercellen. In je lichaam
zijn er nog meer cellen die zich snel delen, de al eerder besproken
heamatopoietische progenitor cellen bijvoorbeeld. Zij zijn in het beenmerg
bezig zich voortdurend te vermenigvuldigen om je lichaam van nieuwe
bloedcellen te voorzien.
Na een chemo-kuur is er niets meer van de stamcellen over. Dit betekent dus ook dat de cellen verantwoordelijk voor zuurstoftransport (de rode bloedcellen), je bloedstolling (de bloedplaatjes) en je afweer (de witte bloedcellen) niet meer aangemaakt kunnen worden. Deze zullen dus langzaam uit je bloed verdwijnen. Vooral de al eerder besproken neutrofiele granulocyten verdwijnen zonder nieuwe aanmaak erg snel uit het bloed. Zodra dit het geval is, is de patiënt heel erg gevoelig voor infecties van bacteriën ed. De dosis van de chemo-kuur hangt daarom ook nauw samen met de hoeveelheid neutrofielen die tijdens de kuur in het bloed aanwezig zijn.
Omdat chemo-kuur toch een goede manier is om de kanker uit je lichaam te verwijderen heeft de medische wetenschap iets gevonden om het beenmerg te herstellen: stamceltransplantatie (figuur 4).
De selectie, bewaar-en teruggeef-procedure moet heel erg steriel (schoon) gebeuren, als dit niet gebeurt kun je bacteriën of andere gevaarlijke organismen in de bloedbaan van de patiënt brengen. De toch al verzwakte patiënten zullen deze infectie niet meer kunnen opruimen en daardoor kunnen sterven.
Homing
De stamcellen zijn dus nu weer in de bloedbaan. Door een
proces dat in de wetenschap "homing" genoemd wordt, vinden de cellen hun eigen
weg terug naar het beenmerg. Ze nestelen zich weer tussen de stromale cellen
en beginnen hun werk als bloed-aanmaker weer. Homing is een interessant proces
waarvan de huidige wetenschap nog niet weet hoe het werkt. De stamcel "voelt"
namelijk eigenhandig waar er zich beenmerg bevindt (niet alle componenten van
het beenmerg zijn namelijk afgestorven door de chemotherapie). De stamcel
treedt op de plaatsen waar het beenmerg "voelt" uit de bloedbaan en nestelt
zich weer op zijn plekje.
Dit proces gaat in 3 stappen: eerst voelt de cel dat het beenmerg in de buurt is doordat er stoffen op de oppervlakte van de endotheelcel (bloedvatwandcel) zitten die specifiek zijn voor het beenmerg, de cel blijft aan deze moleculen hangen "rolt" een beetje en blijft plakken "firm adhesion". Vervolgens scant hij de bloedvatcellen door een beetje heen en weer te kruipen en kruipt hij uiteindelijk tussen de endotheelcellen door naar de beenmerg stromacellen (transmigratie), figuur 5.
In figuur 6 zie je een schematische cartoon van dit proces. De moleculen op de buitenkant van de cel, hier schematisch groot weergegeven, blijven hangen aan receptoren op de endotheelcellen, de cel rolt en stopt. Hierna transmigreert hij tussen de endotheelcellen door naar het beenmerg stroma.
Patiënten die behandeld worden voor kanker zijn er nu nog niet, het duurt ongeveer 3 weken voordat het beenmerg hersteld is en de stamcellen weer volop aan het werk zijn. Tot die tijd moet de patiënt beschermd worden van infecties en wordt hij vaak in een steriele ruimte verpleegd.
De hierboven besproken transplantatie is een autologe perifere stamceltransplantatie (auto=zelf, perifeer slaat op bloedstroom), de patiënt krijgt zijn eigen stamcellen terug die geoogst zijn uit het bloed. Tijdens de chemokuur kunnen de patiënten ook geholpen worden met een andere transplantatie. Omdat het aantal bloedcellen snel afneemt door het gebrek aan stamcellen, wordt tijdens een chemokuur nauwlettend de bloedcel concentratie in de gaten gehouden. Mocht het nodig zijn dan kan tijdens de chemokuur een transplantatie van rode bloedcellen of bloedplaatjes de concentratie van deze cellen iets opkrikken. Deze transplantaties worden allogeen genoemd, dit betekent dat de bloedcellen afkomstig zijn van een donor. Het is weinig effectief om een transplantatie met neutrofiele granulocyten te doen omdat de levensduur van deze cellen zo kort is. Door de afname van deze cellen is de patiënt wel ontzettend gevoelig voor infecties. Als de concentratie van de neutrofiele granulocyten onder een bepaalde waarde komt zal de chemokuur niet veilig meer gegeven kunnen worden.
De mobilisatie van de stamcellen uit het beenmerg in het perifere bloed (het bloed wat afgenomen kan worden uit oppervlakkige structuren zoals je arm) is niet altijd succesvol. Bij sommige patiënten slaat de GSCF behandeling niet aan. Er zijn dan zo weinig stamcellen het bloed in gegaan dat een transplantatie niet zal werken. Er is dan een alternatief: de autologe beenmergtransplantatie. Bij deze transplantatie wordt er met een dikke naald door het bot heen, beenmerg afgenomen van de patiënt, verder werkt het hetzelfde als de perifere stamceltransplantatie. De afname van het beenmerg is echter een hele vervelende procedure voor de patiënt, maar soms dus noodzakelijk.
Bij sommige soorten kanker wordt over gegaan op een allogene perifere stamceltransplantatie. De stamcellen zullen dan dus afkomstig zijn van een donor, deze donor is meestal een broer of zus van de patiënt.
Op het moment wordt er druk onderzoek gedaan naar het proces homing. Het uiteindelijke doel van het onderzoek is het versnellen van homing, waardoor de patiënt sneller herstelt van de transplantatie. Om dit doel te bereiken moeten we eerst volledig begrijpen wat er gebeurt tijdens homing, welke moleculen er invloed op hebben en hoe we op het proces kunnen ingrijpen. Een molecuul is heel belangrijk voor homing: SDF-1 (Stromal Derived Factor-1), dit molecuul (een chemoattractant, klein molecuul dat cellen aantrekt) wordt geproduceerd door de stromale cellen in het beenmerg. De stamcel heeft de receptor voor SDF-1, de CXCR-4 receptor op zijn membraan zitten. Maar wat er nu precies gebeurt weet niemand, knock-out muismodellen zonder SDF-1 of CXCR4 hebben laten zien dat er geen homing plaats vind zonder 1 van de 2 moleculen. Maar welke mechanismen ervoor zorgen dat de cel gaat rollen, de cel de ruimte tussen twee endotheel cellen vindt en de cel daadwerkelijk transmigreert zijn nog ter discussie of onbekend.
Dit is het einde van deel 2, maak nu de vragen.
*Meer informatie over dat stamcelonderzoek kun je vrijwel op elke kranten-website vinden.
Bronnen:
www.bloedziekten.nl/versie_nl/index1a.htm
www.geocities.com/CapeCanaveral/Hangar/1962/page3.html
http://www.nki.nl/patinfo/pstamctr.htm
http://www.azvu.nl/hema/infoallogeen1.html
Vragen bij deel 2
Doordat leerlingen in aanraking met kanker en de behandeling ervan kunnen komen zijn er misschien praktijkverhalen uit de klas. Niet alle leerlingen zullen dit willen delen, maar een discussie na deze tekst kan geen kwaad. Op die manier wordt de inhoud van deze tekst ook een stuk visueler voor de leerling.
Op de webpagina's van het nieuws via (www.omroep.nl) en vrijwel alle kranten is heel veel informatie te vinden over stamcel onderzoek van embryo's. Ook de ethische kwesties daarover, die op zich niets met deze tekst te maken hebben kunnen discussies mooie discussies opleveren.
Op de webpagina van het ziekenhuizen (zoals enkele al genoemd zijn) is praktijk informatie voor patiënten te verkrijgen. De stamcel transplantatie wordt op die pagina's expliciet en uitgebreid uitgelegd.
Deel 2
Voor vragen mail: José van Gelderen