Uit onderzoek van wetenschappers van de Mayo Clinic is gebleken dat microzwaartekracht het regeneratiepotentieel van cellen kan versterken. Stamcellen gekweekt in microzwaartekracht aan boord van het International Space Station (ISS) hebben unieke kwaliteiten die in de toekomst zouden kunnen helpen bij het versnellen van nieuwe biotherapieën en het genezen van complexe ziekten, zo stellen de onderzoekers.
Vanuit zijn laboratorium heeft dr. Abba Zubair, een expert op het gebied gebied van laboratoriumgeneeskunde en medisch directeur van het Center for Regenerative Biotherapeutics in de Mayo Clinic in Florida, stamcelexperimenten ontwikkeld die op drie verschillende missies in het ISS zijn uitgevoerd. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature.
In de ruimte gekweekte stamcellen
Doel van die experimenten was om te bepalen of de ruimte de ideale omgeving is voor het kweken van grote aantallen stamcellen. En om een antwoord te krijgen op de vraag of de in de ruimte gekweekte stamcellen ook kun kracht en functie behouden wanneer ze naar de aarde getransporteerd worden.
“Het bestuderen van stamcellen in de ruimte heeft celmechanismen blootgelegd die anders niet ontdekt of onbekend zouden zijn bij normale zwaartekrach. Die ontdekking geeft een bredere wetenschappelijke waarde aan dit onderzoek, inclusief potentiële klinische toepassingen”, vertelt Zubair. De onderzoekers hopen dat het bestuderen van in de ruimte gekweekte stamcellen de behandeling van leeftijdsgerelateerde aandoeningen zoals beroerte, dementie, neurodegeneratieve ziekten en kanker kan verbeteren.
Uitdagingen op aarde
Volwassen stamcellen in beenmerg en vetweefsel delen zich niet en differentiëren niet in gespecialiseerde cellen. Hierdoor is het aantal volwassen stamcellen in een patiënt beperkt. Om voldoende stamcellen te verkrijgen voor klinisch onderzoek of gebruik door patiënten, moeten de cellen worden vermenigvuldigd en geëxpandeerd. Dit is een duur, tijdrovend proces met inconsistente resultaten.
Door onderzoek in het ISS hebben wetenschappers een nieuw inzicht gekregen in hoe cellen zich vermenigvuldigen, functioneren en veranderen in gespecialiseerde cellen. Belangrijker is dat ze ook hebben ontdekt dat microzwaartekracht een betere celgroei en -functie bevordert dan cellen die in een laboratorium op aarde worden gekweekt.
“De ruimte biedt een voordeel voor de groei van stamcellen doordat het een meer natuurlijke driedimensionale toestand biedt voor hun expansie, die sterk lijkt op de groei van cellen in het menselijk lichaam. Dit in vergelijking met de tweedimensionale kweekomgeving op aarde, die minder goed menselijk weefsel kan nabootsen,” zegt Dr. Zubair.
Interstellair stamcelonderzoek
De directe waarde van interstellair stamcelonderzoek kan liggen in het kweken van weefsel voor het modelleren van ziekten. In de ruimte gekweekte stamcellen kunnen worden gebruikt om levensechte modellen van kanker en andere ziekten na te maken in een petrischaaltje. Onderzoekers kunnen deze modellen vervolgens gebruiken om de progressie van ziekten te volgen en nieuwe therapieën te testen om deze progressie te stoppen.
Uit het onderzoek is gebleken dat verschillende stamcellijnen die in gewichtloosheid zijn gekweekt, klinisch potentieel hebben.
- Mesenchymale stamcellen zijn volwassen stamcellen die groeifactoren afscheiden die genezing kunnen bevorderen. Dr. Zubair’s team heeft gedocumenteerd dat mesenchymale stamcellen die in microzwaartekracht zijn geëxpandeerd een groter immunosuppressief vermogen hebben dan stamcellen die op aarde zijn gekweekt.
- -ematopoietische stamcellen hebben de regeneratieve eigenschappen van bloed om infecties te bestrijden, bloedingen te stoppen en zuurstof te vervoeren. Hematopoëtische stamcellen die aan boord van het ISS zijn gekweekt, hebben laten zien dat ze kunnen expanderen en differentiëren in rode of witte bloedcellen die op een dag gebruikt zouden kunnen worden om patiënten met bloedkanker te behandelen.
- Cardiovasculaire progenitorcellen leveren de bouwstenen voor bloedvaten en hartspieren. Ze spelen een cruciale rol bij het herstellen van spieren. Het kweken van cardiovasculaire stamcellen in de ruimte zou ooit nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor het herstellen van weefsel dat beschadigd is door een hartaanval.
- Neurale stamcellen worden gevonden in het centrale zenuwstelsel en spelen een sleutelrol in de ontwikkeling, het onderhoud en het herstel van de hersenen. Neurale cellen groeiden uit in een omgeving zonder zwaartekracht en behielden hun regeneratieve capaciteiten op aarde. Onderzoekers bestuderen of neurale cellen die in de ruimte zijn gekweekt een vervangende therapie kunnen bieden voor ziekten van het centrale zenuwstelsel.
Nog in de kinderschoenen
Ondanks de veelbelovende resultaten van het ‘buitenaards stamcelonderzoek’, zijn er ook nog wel wat uitdagingen te overwinnen. Zo zouden de gekweekte stamcellen door lange blootstelling aan microzwaartekracht hun kracht en vermogen om te functioneren kunnen verliezen. Ook kan de straling die in de ruimte aanwezig is, het DNA van de cellen beschadigen en de groei (negatief) beïnvloeden.
Kortom stamcelonderzoek in de ruimte staat nog in de kinderschoenen en de volledige effecten van celvermeerdering in gewichtloosheid worden nog niet volledig begrepen. Er zijn meer wetenschappelijke gegevens, onderzoek en financiering nodig om onderzoekers te helpen het klinische potentieel van in de ruimte gekweekte cellen volledig te begrijpen. “Het ruimteonderzoek dat tot nu toe is uitgevoerd, is slechts een startpunt. Een breder perspectief over stamceltoepassingen is mogelijk naarmate het onderzoek naar het gebruik van de ruimte voor regeneratieve geneeskunde wordt voortgezet,” besluit Dr. Zubair.
Begin dit jaar slaagde een team van zes chirurgen is er in de Verenigde Staten erin om vanaf de grond een gesimuleerde operatie met een chirurgische robot aan boord van het Internationale Ruimtestation ISS uit te voeren. Een experiment dat niet alleen waardevol kan zijn voor het oplossen van medische noodgevallen in de ruimte, maar ook de ontwikkeling van een bijzonder compacte, en lichte, chirurgische robot initieerde.
