Neurale stamcel, grotendeels ongedifferentieerde cel afkomstig uit het centrale zenuwstelsel. Neurale stamcellen (NSC’s) hebben het potentieel om aanleiding te geven tot nakomelingen cellen die groeien en differentiëren in neuronen en gliacellen (niet-neuronale cellen die neuronen isoleren en de snelheid waarmee neuronen signalen verzenden verbeteren).
>
Jarenlang werd gedacht dat de hersenen een gesloten, vast systeem waren. Zelfs de befaamde Spaanse neuroanatoom Santiago Ramón y Cajal, die in 1906 de Nobelprijs voor de Fysiologie kreeg voor het vaststellen van het neuron als de fundamentele cel van de hersenen, was zich tijdens zijn overigens opmerkelijke carrière niet bewust van de mechanismen van neurogenese (de vorming van zenuwweefsel). In de tweede helft van de 20e eeuw werd slechts een handvol ontdekkingen gedaan, voornamelijk bij ratten, vogels en primaten, die duidden op het regeneratieve vermogen van hersencellen. In die tijd gingen wetenschappers ervan uit dat als de hersenen eenmaal beschadigd waren of begonnen af te takelen, zij geen nieuwe cellen konden regenereren op de manier waarop andere soorten cellen, zoals lever- en huidcellen, dat wel kunnen. Het genereren van nieuwe hersencellen in de volwassen hersenen werd onmogelijk geacht omdat een nieuwe cel zich nooit volledig zou kunnen integreren in het bestaande complexe systeem van de hersenen. Pas in 1998 werden NSC’s ontdekt bij de mens, eerst in een deel van de hersenen, de hippocampus, waarvan bekend was dat het een belangrijke rol speelde bij de vorming van herinneringen. Later werd ook vastgesteld dat NSC’s actief waren in de reukbollen (een gebied dat reuk verwerkt) en slapend en inactief in het septum (een gebied dat emotie verwerkt), het striatum (een gebied dat beweging verwerkt), en het ruggenmerg.
Wetenschappers onderzoeken tegenwoordig farmaceutica die slapende NSC’s zouden kunnen activeren in het geval dat de gebieden waar zich neuronen bevinden beschadigd raken. Op andere onderzoeksterreinen wordt gezocht naar manieren om NSC’s in beschadigde gebieden te transplanteren en ze ertoe te bewegen door de beschadigde gebieden te migreren. Nog andere stamcelonderzoekers proberen stamcellen van andere bronnen (d.w.z. embryo’s) te nemen en deze cellen te beïnvloeden om zich tot neuronen of gliacellen te ontwikkelen. De meest controversiële van deze stamcellen zijn die welke afkomstig zijn van menselijke embryo’s, die moeten worden vernietigd om de cellen te verkrijgen. Wetenschappers zijn erin geslaagd geïnduceerde pluripotente stamcellen te creëren door volwassen somatische cellen (lichaamscellen, met uitzondering van zaad- en eicellen) te herprogrammeren door de introductie van bepaalde regulerende genen. Voor het genereren van geherprogrammeerde cellen is echter het gebruik van een retrovirus vereist, waardoor deze cellen schadelijke kankerverwekkende virussen bij patiënten kunnen introduceren. Embryonale stamcellen (ESC’s) bezitten een verbazingwekkend potentieel, aangezien zij in staat zijn om te worden omgezet in elk type cel dat in het menselijk lichaam voorkomt, maar er is verder onderzoek nodig om betere methoden te ontwikkelen voor het isoleren en genereren van ESC’s.
Herstel van een beroerte is een onderzoeksgebied waar veel is ontdekt over de belofte en de complexiteit van stamceltherapie. Er zijn twee hoofdbenaderingen van stamceltherapie: de endogene benadering of de exogene benadering. De endogene benadering berust op het stimuleren van volwassen NSC’s in het eigen lichaam van de patiënt. Deze stamcellen worden aangetroffen in twee zones van de dentate gyrus (deel van de hippocampus) in de hersenen, alsook in het striatum (deel van de basale ganglia dat diep in de hersenhelften ligt), de neocortex (de buitenste dikte van de sterk gecompliceerde hersenschors), en het ruggenmerg. In rattenmodellen zijn groeifactoren (stoffen die de celgroei bevorderen), zoals fibroblast groeifactor-2, vasculaire endotheliale groeifactor, brain-derived neurotrophic factor, en erytropoëtine, toegediend na beroerten in een poging om neurogenese te induceren of te versterken, waardoor hersenschade wordt voorkomen en functioneel herstel wordt bevorderd. De meest veelbelovende groeifactor in de rattenmodellen was erytropoëtine, dat de proliferatie van neurale progenitorcellen bevordert en waarvan is aangetoond dat het neurogenese en functionele verbetering induceert na een embolische beroerte bij ratten. Dit werd gevolgd door klinische proeven waarbij erytropoëtine werd toegediend aan een kleine groep patiënten met een beroerte, die uiteindelijk spectaculaire verbeteringen vertoonden ten opzichte van personen in de placebogroep. Erytropoëtine is ook veelbelovend gebleken bij patiënten met schizofrenie en bij patiënten met multiple sclerose. Er moeten echter nog meer studies worden uitgevoerd bij grotere groepen patiënten om de werkzaamheid van erytropoëtine te bevestigen.
Exogene stamceltherapieën berusten op extractie, in-vitrocultuur en daaropvolgende transplantatie van stamcellen in de door een beroerte getroffen hersengebieden. Studies hebben aangetoond dat volwassen NSC’s kunnen worden verkregen uit de dentate gyrus, hippocampus, cerebrale cortex, en subcorticale witte stof (laag onder de cerebrale cortex). Daadwerkelijke transplantatiestudies zijn uitgevoerd bij ratten met ruggenmergletsel, waarbij gebruik werd gemaakt van stamcellen uit de subventriculaire zone (het gebied onder de wanden van de met vloeistof gevulde hersenholten, of ventrikels) van de volwassen hersenen. Gelukkig waren er geen functionele tekorten als gevolg van de biopsie. Er zijn ook studies bij ratten uitgevoerd waarbij ESC’s of van foetussen afgeleide neurale stamcellen en progenitorcellen (ongedifferentieerde cellen; vergelijkbaar met stamcellen maar met een beperkter differentiatievermogen) zijn getransplanteerd in door een beroerte beschadigde delen van de hersenen. In deze studies differentieerden de getransplanteerde NSC’s met succes in neuronen en gliacellen, en was er enig functioneel herstel. Het grote nadeel van exogene therapieën is echter dat wetenschappers de onderliggende mechanismen van differentiatie van de progenitorcellen en hun integratie in bestaande neuronale netwerken nog niet volledig begrijpen. Bovendien weten wetenschappers en clinici nog niet hoe ze de proliferatie, migratie, differentiatie en overleving van NSC’s en hun nakomelingen kunnen controleren. Dit is te wijten aan het feit dat NSC’s gedeeltelijk worden gereguleerd door de gespecialiseerde micro-omgeving, of niche, waarin zij verblijven.
Er is ook onderzoek gedaan naar hematopoietische stamcellen (HSC’s), die gewoonlijk differentiëren in bloedcellen, maar ook kunnen worden getransdifferentieerd in neurale lijnen. Deze HSC’s kunnen worden aangetroffen in beenmerg, navelstrengbloed en perifere bloedcellen. Interessant is dat deze cellen spontaan gemobiliseerd blijken te worden door bepaalde soorten beroerten en ook verder gemobiliseerd kunnen worden door granulocyte kolonie stimulerende factor (G-CSF). Studies met G-CSF bij ratten hebben aangetoond dat dit kan leiden tot functionele verbetering na een beroerte, en klinische proeven bij mensen lijken veelbelovend. Exogene studies zijn ook uitgevoerd bij ratten met HSC’s. De HSC’s werden in sommige studies plaatselijk op de plaats van de beschadiging toegediend of in andere studies systemisch toegediend via intraveneuze transplantatie. De laatste procedure is gewoon beter uitvoerbaar, en de meest effectieve HSC’s lijken afkomstig te zijn uit het perifere bloed.
Het onderzoek dat is gedaan naar stamceltherapieën voor epilepsie en de ziekte van Parkinson toont ook de belofte en de moeilijkheid aan van het op de juiste wijze kweken van stamcellen en het inbrengen daarvan in een levend systeem. Wat ESC’s betreft, hebben studies aangetoond dat zij kunnen worden gedifferentieerd in dopaminerge neuronen (neuronen die dopamine uitzenden of door dopamine worden geactiveerd), spinale motorneuronen, en oligodendrocyten (niet-neuronale cellen die betrokken zijn bij de vorming van myeline). In studies gericht op de behandeling van epilepsie, werden van muizenembryonale stamcellen afgeleide neurale precursoren (ESN’s) getransplanteerd in de hippocampi van chronisch epileptische ratten en controleratten. Na transplantatie werden geen verschillen gevonden in de functionele eigenschappen van de ESN’s, aangezien zij alle de synaptische eigenschappen vertoonden die kenmerkend zijn voor neuronen. Het valt echter nog te bezien of ESNs in staat zijn om gedurende langere perioden in de epileptische hippocampus te overleven, om te differentiëren in neuronen met de juiste hippocampale functies, en om leer- en geheugentekorten bij chronische epilepsie te onderdrukken. Anderzijds werd reeds vastgesteld dat NSC’s overleven en differentiëren in verschillende functionele vormen van neuronen bij ratten. Het is echter onduidelijk of NSC’s in de juiste hoeveelheden kunnen differentiëren in de verschillende functionele vormen en of zij op de juiste manier kunnen synapteren met hyperexciteerbare neuronen om deze te remmen en zo aanvallen te beteugelen.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Behandelingen voor de ziekte van Parkinson zijn ook veelbelovend en stuiten op soortgelijke obstakels. Er is klinisch onderzoek verricht naar de transplantatie van menselijk foetaal mesencefalisch weefsel (weefsel afkomstig van de middenhersenen, die deel uitmaken van de hersenstam) in de striata van Parkinson-patiënten. Dit weefsel is echter slechts beperkt beschikbaar, wat ESC-transplantatie aantrekkelijker maakt. Uit onderzoek is reeds gebleken dat transplanteerbare dopaminerge neuronen – het soort neuronen dat is aangetast bij de ziekte van Parkinson – kunnen worden gegenereerd uit ESC’s van muizen, primaten en mensen. Het grote verschil tussen muis- en humane ESC’s is echter dat humane ESC’s er veel langer over doen om te differentiëren (tot 50 dagen). Ook is voor differentiatieprogramma’s voor menselijke ESC’s dierlijk serum nodig om zich te kunnen vermeerderen, wat afhankelijk van het land in strijd kan zijn met bepaalde medische voorschriften. Onderzoekers zullen ook een manier moeten vinden om van ESC afgeleide dopaminerge progenitorcellen na transplantatie gedurende langere tijd te laten overleven. Tenslotte is er de kwestie van de zuiverheid van ESC-afgeleide celpopulaties; alle cellen moeten gecertificeerd zijn als dopaminerge voorlopercellen voordat ze veilig kunnen worden getransplanteerd. Niettemin worden de differentiatie- en zuiveringstechnieken met elke studie beter. Het genereren van grote banken van zuivere en specifieke celpopulaties voor menselijke transplantatie blijft dan ook een haalbaar doel.