Het AMC mag weefsel wegnemen uit de zaadbal van jonge jongens die een ingrijpende behandeling tegen jeugdkanker moeten ondergaan. De kans is zeer groot dat zij later geen kinderen kunnen verwekken doordat hun spermavormende cellen verwoest zijn. Onderzoekers van het Fertiliteitslaboratorium hopen dat zij tegen de tijd dat de jongens een gezin willen stichten, hun vruchtbaarheid kunnen herstellen met uit het weggenomen weefsel opgekweekte spermastamcellen.
Steeds meer jongeren overleven jeugdkanker. Jaarlijks zijn er in Nederland ongeveer vierhonderd nieuwe gevallen van kanker bij kinderen onder de achttien jaar. Veel patiëntjes blijven gelukkig in leven na chirurgie, bestraling of een chemokuur. Onder hen bevindt zich een honderdtal jongens die nog niet in de puberteit zijn. Daardoor zijn ze nog niet geslachtsrijp en kunnen ze geen sperma produceren. Van volwassen mannen die een chemokuur of bestraling moeten ondergaan en daarmee het risico lopen op onvruchtbaarheid, wordt voorafgaand aan de behandeling zaad ingevroren voor eventueel later gebruik. Bij kinderen voor de puberteit kan dat niet. Hun enige optie is om voorafgaand aan de tumortherapie een stukje weefsel uit de testis (zaadbal) te laten halen en dit in te vriezen voor later gebruik.
‘In de Verenigde Staten is in 1994 bewezen dat je spermatogoniale stamcellen uit een muizentestis kunt halen en kunt transplanteren in een muis waarvan de stamcellen in de zaadbal zijn gedood. Deze cellen zijn in staat om zich vervolgens tot volwaardige spermacellen te ontwikkelen. Een decennium later heeft men in Japan laten zien dat je deze spermatogoniale stamcellen in kweek kunt vermenigvuldigen’, vertelt Ans van Pelt, stamcelbioloog en hoofd van de onderzoekslijn Spermatogoniale Stamcellen. ‘Wij hebben nu aangetoond dat dit ook mogelijk is met menselijk zaadbalweefsel.’ De techniek hiervoor is ontwikkeld in het laboratorium voor Voorplantingsbiologie van Sjoerd Repping, hoogleraar Humane Voortplantingsbiologie, en Ans van Pelt. Dankzij donaties van patiënten met prostaatkanker die werden gecastreerd als onderdeel van hun behandeling, konden zij over het hiervoor benodigde weefsel beschikken. De AMC-primeur leidde tot een publicatie in the Journal of the American Medical Association (JAMA) van 18 november 2009.
18.000 keer vermenigvuldigen
De ontwikkeling van spermastamcellen tot spermacel die in de zaadbal plaatsvindt, is ingewikkeld. Bij mensen duurt dat proces zeventig dagen. De stamcellen moeten zich delen en differentiëren en er is ook een meiotische deling noodzakelijk, waarbij het aantal chromosomen in een cel wordt gehalveerd. Bovendien moeten de cellen in de loop van het proces migreren van plaatsen aan de randen van het buisvormige testisepitheel naar het centrum van de buisjes en tenslotte naar de bijbal. Een complex proces dat vooralsnog niet in het laboratorium kan worden nagebootst en waarvoor een levende testis noodzakelijk is.
Van Pelt: ‘Wel kunnen we nu dus de stamcellen opkweken en zich in kweekflesjes laten vermenigvuldigen. Zo kunnen we de stamcellen in 64 dagen vermenigvuldigen met een factor van meer dan 18.000.’ Dat is ook wel nodig, want een klein stukje weefsel van de testis bevat heel weinig spermatogoniale stamcellen. Van mensen is het onbekend, maar bij muizen vormen stamcellen slechts 0,03 procent van alle zaadvormende cellen in het testis-epitheel. En dan zitten er ook nog grote hoeveelheden epitheelcellen tussen de zaadvormende cellen. Het gaat in elk biopt dan ook om misschien slechts enkele honderden exemplaren. Van Pelt: ‘Een lastige bijkomstigheid is dat we de stamcellen niet kunnen onderscheiden van de andere cellen. Daarvoor zijn helaas geen specifieke markers bekend. We moeten dus alles tezamen opkweken in het laboratorium.’
Gelukkig kennen de specialisten in celkweek wat trucjes om epitheelcellen, die zich gemakkelijk hechten aan de bodem van een kweekbakje, te scheiden van andere cellen. Ook gedragen de stamcellen zich gedurende de kweek wat anders dan andere cellen. Zo blijken ze na een paar weken clusters te vormen. Die kunnen worden geïsoleerd en verder doorgekweekt in speciale kweekmedia en op een matrix van laminine - een netwerk van eiwitstructuren dat in het lichaam steun geeft aan organen. Repping: ‘Deze in het laboratorium opgekweekte spermatogoniale stamcellen zijn in staat om een lege testis opnieuw te bevolken. Dat hebben we geconstateerd in speciale laboratoriummuizen zonder afweer (naakte muizen). Na meer dan twintig weken gekweekt te zijn in het lab, zijn die cellen nog steeds in staat zich in het testisweefsel te verplaatsen naar de plek waar ze thuishoren - de stamcelniche.’
eerste klinische experimenten
Op grond van deze veelbelovende bevindingen oordeelde de Centrale Commissie Mensgebonden Onderzoek (CCMO) in september van dit jaar dat Repping en zijn collega’s van de afdelingen Kinderoncologie en Urologie mochten beginnen met het nemen van biopten uit de zaadbal van pre-adolescente jongens die een tumorbehandeling moeten ondergaan. Repping: ‘We hebben enquêtes afgenomen bij ouders van zulke jongens die bij ons in behandeling komen. Driekwart van hen zou graag van deze mogelijkheid gebruik maken in de hoop dat hun zoon later toch kinderen kan krijgen. Een kwart wil het niet, wellicht omdat ze vinden dat hun kind al zwaar genoeg wordt belast door de therapie. Ook al geschiedt het nemen van het biopt onder narcose, gelijktijdig met het plaatsen van het infuus voor de chemotherapie.’
Repping benadrukt dat het hier vooralsnog alleen gaat om het nemen en het invriezen van het biopt. ‘We hebben de CCMO geen toestemming gevraagd om stamcellen uit het biopt op te kweken en terug te zetten bij de patiënt. Dat is ook niet urgent omdat deze kinderen nog lang niet de vruchtbare leeftijd hebben bereikt. De komende vijf tot tien jaar willen we gebruiken om de veiligheid van de techniek verder te onderzoeken. Daarbij moeten we met zekerheid vaststellen dat we de stamcellen zonder problemen kunnen doorkweken, dat ze bijvoorbeeld – genetisch – stabiel blijven. Daarnaast gaan we onderzoeken of we door het terugzetten van de opgekweekte stamcellen geen nieuwe kanker induceren. Door het opkweekproces zelf of doordat we bij het nemen van het biopt toevallig ook wat kankercellen hebben meegenomen. Op dit moment is onze indruk dat het kweken van de spermatogoniale stamcellen eerder zuiverend werkt ten aanzien van kankercellen, dan dat het extra risico met zich meebrengt.’
pluripotente stamcellen
Tijdens het onderzoek van de spermastamcellen stuitten Repping en Van Pelt nog op een ander type stamcellen dat in de kweekbakjes werd gevormd. Behalve de eerder genoemde clusters – die spermatogoniale stamcellen blijken te bevatten – ontstaan in de kweekbakjes ook kleine kolonies van cellen die als het ware zijn samengesmolten. ‘Dat blijken geen spermatogoniale stamcellen te zijn, maar voorlopers ervan: de pluripotente stamcellen, vergelijkbaar met embryonale stamcellen, die zich tot elk weefseltype kunnen ontwikkelen’, legt Van Pelt uit. ‘Dat is interessant, want er is veel discussie over het gebruik van pluripotente stamcellen voor het herstel van beschadigd weefsel. De meest geëigende bron daarvoor zijn embryo’s, maar het gebruik daarvan ligt ethisch gevoelig. Een andere manier is deze stamcellen maken uit andere, meer volwassen, voorlopercellen door het manipuleren van vier genen: de geïnduceerde pluripotente stamcellen. Maar er is discussie over wat er dan, bij die dédifferentiatie, precies gebeurt in de cellen. Hier zien we een derde bron, waarbij pluripotente stamcellen spontaan ontstaan in de kweek van menselijke testiscellen.’
In 2005 was het verschijnsel al waargenomen bij muizen. Dit type cellen blijkt zich inderdaad te kunnen ontwikkelen tot elk soort weefsel. En toegevoegd aan een muizenembryo, worden ze tot een integraal onderdeel van het muisje dat wordt geboren. Repping: ‘Net als wij hebben ook andere onderzoeksgroepen geprobeerd om de studies naar pluripotente stamcellen in muizen te herhalen bij mensen. Helaas waren we met onze publicatie niet de eerste, maar we hebben die pluripotentie wel kunnen aantonen bij de mens. Ik denk overigens, dat we bij mensen niet helemaal van embryonale stamcellen mogen spreken omdat ze waarschijnlijk niet zo ver terug zijn gedédifferentieerd. Ze kunnen, anders dan bij muizen, waarschijnlijk geen volwaardig embryo vormen. Misschien is dat een voordeel omdat er dan wellicht ook minder kans is dat deze stamcellen ontsporen en bijvoorbeeld tumoren vormen.’
Deze pluripotente stamcellen zijn een interessant fenomeen, zegt Van Pelt. ‘Je haalt wat weefsel uit de testis. Kweekt dat op en er ontstaan spontaan pluripotente stamcellen. Dit past heel goed in ons onderzoek naar de regeneratie van de testis. We gaan nu onderzoeken in hoeverre deze nieuwe categorie van stamcellen uit de zaadbal lijkt op echte embryonale stamcellen. Ook willen we weten hoe het komt dat in eenzelfde celcultuur sommige cellen zich ontwikkelen tot unipotente stamcellen – die zich maar tot één soort weefsel kunnen verder ontwikkelen, zoals de spermatogoniale stamcel – en andere tot pluripotente stamcellen.’
Maarten Evenblij
