Varkens: helpen bij het oplossen van de orgaantransplantatiecrisis

Elke 10 minuten komt er iemand op de landelijke wachtlijst voor transplantatie. Alleen al in de VS wachten honderdduizenden patiënten elke dag op een levensreddende orgaandonatie. Velen van hen bevinden zich in verschillende stadia van lever-, hart-, nier- en andere vormen van orgaanfalen. Maar elke dag sterven er 22 van hen terwijl ze wachten op een transplantatie, met slechts ongeveer 6000 transplantaties die elk jaar in de VS worden uitgevoerd (Donate Life). 

Ondanks de revolutionaire voordelen die orgaantransplantaties op medisch gebied hebben gebracht, zijn er nog steeds tekortkomingen in het proces. De vraag naar organen weegt zwaarder dan de beschikbare hoeveelheid (OPTN). De belangrijkste bron van organen is van overleden donoren. Maar wat als mensen niet hoeven te sterven om anderen te laten leven? Wat als er een manier was waarop we deze organen konden laten groeien?

De mogelijkheid om menselijke organen te laten groeien in dierlijke embryo's heeft recentelijk veel belangstelling gewekt in de onderzoekswereld. Het National Institute of Health (NIH) heeft op 4 augustus 2016 een verklaring vrijgegeven dat ze financiering zouden verstrekken voor experimenten met chimaera's, dier-menselijke organismen. Ze hebben veel van hun eerdere richtlijnen voor menselijk stamcelonderzoek opgeheven op basis van de premissen dat hersenschimmen "een enorm potentieel hebben voor het modelleren van ziekten, het testen van medicijnen en misschien uiteindelijk voor orgaantransplantatie". Hierdoor zijn de onderzoeken naar het gebruik van menselijke stamcellen bij dieren de afgelopen jaren en zelfs maanden enorm gegroeid (National Institute of Health).

Het idee

Juan Carlos Izipusua Belmonte, een professor aan het Gene Expression Laboratory van het Salk Institute for Biological Studies, schetst in zijn artikel in Scientific American in oktober zijn laboratoriummethoden voor het ontwikkelen van een menselijk orgaan in een varken. Het meer beschrijvende doel van dit onderzoek is om de aard van een orgaan van een dier in een mens te veranderen voordat het met zijn ontwikkeling begint, en het te laten uitgroeien tot de volledige termijn. Op dit moment kunnen we het oogsten en gebruiken voor transplantatie bij mensen met orgaanfalen.

Om te beginnen verwijderen ze het vermogen van het varken om een ​​functioneel orgaan te creëren door zijn genoom te manipuleren met behulp van CRISPR/Cas9-enzymen als "schaar", die het gen uitknippen dat verantwoordelijk is voor de creatie van een bepaald orgaan. In het geval van de alvleesklier is er bijvoorbeeld een specifiek gen genaamd Pdx1 dat volledig verantwoordelijk is voor de vorming van de alvleesklier bij alle dieren. Deletie van dit gen creëert een dier zonder alvleesklier. Door de bevruchte eicel vervolgens te laten uitgroeien tot een blastocyst, worden geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's) die de menselijke versie van het eerder verwijderde dierlijke gen bevatten, in de cel geïntroduceerd. In het geval van de alvleesklier zou dit een insertie zijn van menselijke stamcellen die het menselijke Pdx1-gen bevatten. Deze blastocyst moet vervolgens worden geïmplanteerd in een draagmoeder en zich kunnen ontwikkelen. Theoretisch stelt dit de blastocyst dan in staat om volwassen te worden en een functionerend orgaan te vormen, maar dan van menselijke oorsprong in plaats van varken (Scientific American).

Waar staan ​​we nu?

In 2010 kweekte Dr. Hiromitsu Nakauchi van de Universiteit van Tokio met succes een muis met een alvleesklier van een rat. Ze stelden ook vast dat het gebruik van iPSC's, in tegenstelling tot embryonale stamcellen, de dieren in staat stelt nieuwe organen te maken die eigenlijk specifiek zijn voor een menselijk individu. Dit verhoogt de kans op succes van de transplantatie omdat het de kans op afstoting verkleint. Het vermindert ook de ethische zorgen die gepaard gaan met het werken met en het verkrijgen van embryonale stamcellen, wat een zeer controversieel proces blijft vanwege de aard waarin embryonale stamcellen worden geoogst, uit de weefsels van geaborteerde foetussen (Modern Farmer).

Juan Carlos Izipusua Belmonte stelt ook dat onderzoekers in zijn laboratorium met succes menselijk weefsel in de blastocyst hebben gekweekt na injectie van menselijke stamcellen in varkensembryo's. Ze wachten nog steeds op de resultaten van de volledige rijping van de embryo's en op toestemming van de nationale en lokale autoriteiten om hun werk voort te zetten. Vanaf nu mogen ze de varken-mensembryo's slechts 4 weken drachtig laten, waarna ze het dier moeten offeren. Dit is een overeenkomst die ze hebben gesloten met de regelgevende instanties die hun experimenten observeren.

Izipusua Belmonte zegt dat zijn team zich momenteel richt op het laten groeien van een alvleesklier of een nier, omdat ze het gen dat de ontwikkeling ervan start al hebben geïdentificeerd. Andere genen zijn lang niet zo eenvoudig. Het hart heeft bijvoorbeeld meerdere genen die verantwoordelijk zijn voor de groei ervan, waardoor het veel moeilijker wordt om succesvol uit te schakelen. Dit betekent dat dit vermogen om organen te laten groeien niet noodzakelijkerwijs al onze problemen met orgaantransplantaties oplost, maar misschien alleen voor bepaalde organen, die waarvan de ontwikkeling kan worden gereguleerd door één gen (Scientific American).

De problemen

Izipusua Belmonte gaat uitgebreid in op de beperkingen en sterke punten van dit veld in zijn artikel in Scientific American. Met betrekking tot het gebruik van varkens als surrogaat, kunnen varkensorganen groeien tot de grootte die nodig is om de persoon die de transplantatie nodig heeft te huisvesten, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende vormen. Er zijn echter zorgen over de draagtijd van varkens, die slechts 4 maanden is, vergeleken met de periode van 9 maanden die nodig is voor mensen. Er zou daarom een ​​discrepantie zijn in de differentiatietijd van menselijke stamcellen, die normaal gesproken een periode van 9 maanden nodig hebben om te rijpen. Wetenschappers zouden de interne klok van deze menselijke stamcellen moeten aanpassen.

Een ander probleem betreft het gebruik van iPSC's als bron van menselijke stamcellen. Hoewel ze ethische bezwaren vermijden en meer persoonsspecifiek zijn dan embryonale cellen, zoals eerder vermeld, zijn iPSC's minder naïef. Dit betekent dat deze stamcellen al enige vorm van differentiatie hebben en dat is aangetoond dat de zich ontwikkelende embryo's ze als lichaamsvreemd verwerpen. Jun Wu, een onderzoeker in het Gene Expression Laboratory van het Salk Institute met Izipusua Belmonte, werkt momenteel aan een manier om de iPSC's te behandelen met groeihormonen om "gepast te reageren op een breder scala aan embryonale signalen". Izipusua Belmonte zegt dat ze tot nu toe veelbelovende resultaten hebben laten zien dat deze behandeling inderdaad de kans op integratie in de blastocyst vergroot. Deze studie bevindt zich echter nog in de beginfase, dus de volledige gevolgen zijn nog onbekend, hoewel ze veelbelovend lijken.

Bovendien zijn er nog veel meer problemen met deze studies. Varkens en mensen zijn niet zo evolutionair verwant als mensen en ratten, die tot nu toe een succesvolle groei van menselijke organen hebben laten zien. Het is mogelijk dat menselijke iPSC's zich hebben aangepast om geen verschillen in naaste verwanten waar te nemen, maar als varkens zich verder buiten dat rijk bevinden, is integratie in de blastocyst misschien onmogelijk. In dit geval zullen andere dierlijke gastheren verder moeten worden onderzocht (Scientific American).

De ethische zorgen

Het is vrij duidelijk dat er enkele zeer extreme ethische bezwaren zijn tegen dit soort technologie. Ik weet zeker dat je er zelf een paar hebt bedacht toen je dit las. Vanwege de recente opkomst in de wereld van de wetenschap kennen we niet echt de volledige breedte van de mogelijkheden van deze technologie. Het is mogelijk dat de integratie van menselijke iPSC's in het embryo zich verspreidt naar andere delen van het lichaam, mogelijk zelfs naar de hersenen. Wat gebeurt er als we menselijke zenuwen en weefsels in de varkenshersenen beginnen te vinden, waardoor het varken in staat wordt gesteld tot een hoger niveau van redeneren dan het gemiddelde varken?

Dit sluit aan bij de zorgen met de classificatie levende chimere dieren. Zou dit varken als half mens worden beschouwd? Zo niet, dan is het zeker niet zomaar een varken, dus wat betekent dat? Waar trekken we de lijn? En als dit varken menselijke weefsels bevat, zou het mogelijk vatbaar kunnen zijn voor het ontwikkelen van ziekten bij de mens, wat rampzalig zou zijn voor de overdracht en mutatie van infectieziekten (Daily Mail).

Christopher Thomas Scott, PhD, directeur van Stanford's Program on Stem Cells in Society, Senior Research Scholar bij het Center for Biomedical Ethics en nu een collega van Nakauchi's, legt uit dat het menselijk functioneren verder gaat dan alleen de cellen in de hersenen. Hij stelt dat "ze zich als varkens gaan gedragen, ze zich als varkens gaan voelen" en zelfs als ze hersenen van menselijk weefsel zouden bevatten, zouden ze niet ineens beginnen te spreken en functioneren als mens. Het is echter belangrijk op te merken dat dit misschien niet zo geldt voor dieren die meer op mensen lijken, zoals chimpansees en gorilla's. Het is in deze gevallen dat een dergelijke overdracht naar menselijk weefsel bijzonder eng zou zijn om te overwegen. Om deze reden zijn dit soort experimenten door het National Institute of Health verboden om op primaten te worden uitgevoerd, aangezien de volledige gevolgen van de introductie van menselijke stamcellen onbekend blijven (Modern Farmer).

Het eigenlijke proces hiervoor is dat we gewoon het varken laten groeien met de bedoeling zijn organen te oogsten en het te doden, is op zichzelf al een controversieel onderwerp. Het idee van orgaanboerderijen baart vooral dierenrechtenactivisten zorgen. Van varkens is aangetoond dat ze ons niveau van bewustzijn en lijden delen (Modern Farmer), dus er wordt beweerd dat het zeer onmenselijk is om ze puur te gebruiken voor de groei van menselijke organen, ze te oogsten en ze te laten sterven (Daily Mail).

Een andere zorg betreft de paring tussen chimere dieren. Het is niet bekend hoe de integratie van menselijke stamcellen in het dier het voortplantingssysteem van deze dieren zou beïnvloeden. Net als in het geval van de hersenen is het mogelijk dat sommige van deze stamcellen in plaats daarvan naar het voortplantingssysteem migreren, waardoor in extreme gevallen een volledig functioneel menselijk voortplantingsorgaan ontstaat. Dit zou absoluut rampzalig zijn, aangezien het theoretisch zou leiden tot de vorming van een volledig menselijk sperma en eieren bij mannelijke en vrouwelijke varkens met deze eigenschap. Als twee van deze hersenschimmen zouden paren, zou dit zelfs kunnen leiden tot een nog extremer geval waarbij er een volledig menselijke foetus zou ontstaan ​​in een boerderijdier (Scientific American)!