In 2007 deed een groep onderzoekers een opzienbarende ontdekking: Ze hadden sperma-achtige cellen gemaakt van stamcellen uit het beenmerg van menselijke mannen. Twee jaar later werd de studie echter teruggetrokken wegens beschuldiging van plagiaat. Dertien jaar later is het nog steeds niet mogelijk om functioneel menselijk sperma te maken uit stamcellen.
Wetenschappers proberen er al 20 of 30 jaar achter te komen hoe ze functionerende menselijke geslachtscellen – eicellen en sperma – kunnen maken uit stamcellen, zegt Vittorio Sebastiano, een stamcelbioloog aan de Stanford University wiens onderzoek zich richt op voortplantingsbiologie. Op die manier zouden mensen die met onvruchtbaarheid worstelen, kinderen kunnen krijgen en zouden wetenschappers de geheimen van de menselijke ontwikkeling kunnen ontrafelen. Sinds 2007 hebben wetenschappers aanzienlijke vooruitgang geboekt op dit gebied, door gezonde muizenjongen te creëren uit door stamcellen gegenereerde geslachtscellen en zelfs onrijpe menselijke eicellen. Maar er is nog een lange weg te gaan voordat wetenschappers huid of beenmerg kunnen omzetten in baby’s.
“We proberen echt manieren te vinden om efficiënt, robuust kiemcellen te genereren die op korte termijn kunnen worden gebruikt om de biologie van deze concepten te begrijpen, maar op lange termijn in staat zijn om de vruchtbaarheid te herstellen,” zegt Sebastiano.
Toen in 1978 de eerste baby werd geboren via in vitro fertilisatie (IVF), was dat een grote stap voorwaarts voor de voortplantingswetenschap en een voorloper van het stamcelonderzoek dat Sebastiano en anderen vandaag de dag uitvoeren, zegt hij. Maar IVF is geen optie voor elk individu of koppel dat een biologisch kind wil, ook niet voor diegenen die zonder geslachtscellen geboren zijn of die op jonge leeftijd een agressieve kankerbehandeling hebben ondergaan. Deze wetenschappelijke techniek zou deze mensen een nieuwe kans op voortplanting bieden.
De volgende grote stap kwam in de jaren 2000, met de creatie van geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC’s). Deze cellen worden genomen uit bloed- of huidcellen en geherprogrammeerd om zich te gedragen als embryonale cellen, die het vermogen hebben om zich te ontwikkelen tot elk type cel in het lichaam. Sindsdien proberen onderzoekers erachter te komen hoe ze deze embryonale cellen kunnen omzetten in functioneel sperma en functionele eicellen.
Nailing Down the Basics
Deel van wat dit werk zo uitdagend maakt, is dat wetenschappers niet in staat zijn geweest om volledig te begrijpen wat er in een menselijk embryo gebeurt tijdens de normale ontwikkeling, zegt Sebastiano. Wetenschappers begrijpen dit proces bij muizen, omdat deze knaagdieren gemakkelijk in het lab te bestuderen zijn. Maar ethische beperkingen en technische factoren (zoals het hebben van toegang tot de embryo’s op precies het juiste moment) maken het moeilijk om dit fenomeen bij mensen te bestuderen, zegt hij.
Ondanks de wegversperringen hebben wetenschappers de afgelopen tien jaar aanzienlijke vooruitgang geboekt. In 2012 maakte een groep onderzoekers in Japan vruchtbare muizeneieren van iPSC’s en gebruikte die eieren om gezonde muizenpups te fokken. “Bij muizen is de hele cirkel al rond”, zegt Sebastiano. “Nu is aangetoond door een paar groepen in het Verenigd Koninkrijk en in Japan dat je embryonaal-achtige cellen uit muizen kunt genereren en dat je die cellen vervolgens daadwerkelijk kunt pushen om eicellen of sperma te worden, volledig functioneel.”
In 2018 heeft dezelfde groep Japanse wetenschappers nog een belangrijke doorbraak gerealiseerd. Met behulp van menselijke bloedcellen en de pluripotente stamceltechniek slaagden ze erin om onrijpe menselijke eicellen te produceren.
Dergelijke inspanningen om sperma te creëren zijn niet zo ver, zegt Sebastiano. In de loop der jaren zijn verschillende pogingen ondernomen om sperma-achtige cellen te creëren, waaronder de studie uit 2007 over het bloedmerg. Een veelgeprezen studie gepubliceerd in 2014 maakte ook groot nieuws, maar Sebastiano zegt dat de ontwikkeling van de cellen in die studie niet veel verder ging dan de vroegste stadia van differentiatie.
“Maar, we zijn er actief mee bezig,” zegt Sebastiano. “Waarschijnlijk zullen we in de komende jaren in staat zijn om volledig functioneel sperma en volledig functionele eicellen te genereren.” Daarna zal de vraag zijn hoe wetenschappers de kwaliteit van deze gameten kunnen testen, zegt hij.
Testing the Life Cycle
De enige manier om de kwaliteit en functionaliteit van een spermacel of eicel volledig te beoordelen, is door deze te gebruiken om, nou ja, te proberen een andere gameet te bevruchten en een baby te produceren. Daarom moet dit werk met de grootste zorg worden benaderd, zegt Sebastiano. Hij gaat ervan uit dat zodra wetenschappers technieken hebben ontwikkeld waarmee zij denken rijpe menselijke eicellen en spermacellen te produceren, de volgende stap zal zijn deze technieken te testen bij primaten. Op die manier kunnen onderzoekers het hele leven volgen van individuele dieren die met deze techniek zijn geproduceerd, om te zien of zich onverwachte problemen ontwikkelen, zegt hij.
Sebastiano twijfelt er niet aan dat deze stamcellen op een dag mensen die worstelen met onvruchtbaarheid kunnen helpen om gezonde kinderen te produceren. Dit, samen met een fascinatie voor biologische ontwikkeling, is wat Sebastiano’s werk drijft. Er zijn natuurlijk ook belangrijke ethische overwegingen die zorgvuldig moeten worden overwogen. Deze techniek heeft het potentieel om het menselijk leven op een generatieniveau te beïnvloeden, merkt hij op. En veel mensen maken zich ook zorgen over andere toekomstige gevolgen, zoals de mogelijkheid om “designer baby’s” te maken of nakomelingen te produceren uit haren die gestolen zijn van nietsvermoedende beroemdheden. Bio-ethici hebben geschreven over de noodzaak om de medische en juridische problemen rond deze techniek nu aan te pakken, voordat deze levensvatbaar is.
“Er is eigenlijk wel behoefte om dit te ontwikkelen, maar omdat we echt te maken hebben met een zeer uniek celtype… moeten we voorzichtig zijn,” zegt Sebastiano.