In Maastricht creëren onderzoekers menselijke tweelingembryo’s die geen eicel of sperma bevatten

Ze liggen als een honingraat, elk in zijn eigen microcompartiment: honderden vroege synthetische menselijke embryo’s. Geen eicel of sperma nam deel aan de creatie ervan. Ze zijn gemaakt van huidcellen van een Britse vrouw, cellen die zijn geherprogrammeerd tot stamcellen die in alle mogelijke weefsels kunnen groeien.

Deze stamcellen hebben zich tijdens de zwangerschap in een groep cellen georganiseerd, zoals een embryo. Ze hebben een laag van andere cellen, zoals een blaasje, rond het embryo gevormd, die een placenta kan vormen. En er is zelfs nog een derde laag cellen, de dooierzak, die het embryo de eerste weken van voeding voorziet. En dat allemaal dankzij de juiste cocktail van signaalmoleculen en groeibevorderende stoffen in je honingraat.

En alsof dit nog niet genoeg is: één op de vijf microboxen bevat een kunstmatige identieke tweeling.

Zijn het echte embryo’s? Nee. Blastoïden, zo noemen wetenschappers van het MUMC+ en het MERLN Instituut in Maastricht ze. Embryo-achtige structuren. En ze zijn niet bedoeld om grote aantallen nieuwe mensen te kweken. Het zijn modellen. “Hiermee kan voor het eerst worden bestudeerd hoe eeneiige tweelingen zich in die eerste dagen ontwikkelen”, zegt projectleider en biomedisch ingenieur Erik Vrij tijdens een bezoek aan het instituut. “Hiermee kunnen we leren wat er nodig is voor een gezonde innesteling in de baarmoeder en zo bijvoorbeeld IVF-behandelingen verbeteren.”

Transparant kunststof

De honderden embryo’s zijn onder de microscoop te bekijken in één van de MUMC+ laboratoria. En wie niet door de oculairs van de microscoop kijkt, maar met het blote oog, beseft dat het er bijna honderd keer meer zijn. Al deze clusters van levende cellen zijn te vinden in slechts één van de 96 putjes van een handige, doorzichtige plastic kweekschaal.

Dat trackrecord is een belangrijke troef van het instituut. Daar kunnen levende embryo’s dagenlang worden gefilmd om hun ontwikkeling te volgen. De cellen waaruit het embryo bestaat, worden met een moleculaire techniek zo gemarkeerd dat ze onder een fluorescentiemicroscoop groen licht uitstralen en de cellen die de placenta vormen rood oplichten. Het bord is een uitvinding van Vrij’s collega Stefan Giselbrecht. Op 10 april publiceerden zij en hun collega’s hun eerste eeneiige tweelingembryo’s in een wetenschappelijk tijdschrift. Geavanceerde materialen.

“Zo kunnen we duizenden embryo’s onderzoeken”, zegt Vrij. “We analyseren onder meer de werking van toxische stoffen en chromosomale afwijkingen. Door het grote aantal embryo’s kunnen we goede statistische analyses uitvoeren.”

In 2018 waren onderzoekers van het MERLN-instituut de eersten ter wereld die een blastoïde creëerden, een kunstmatig embryo uit stamcellen van muizen. In de daaropvolgende jaren creëerde de ene onderzoeksgroep na de andere dergelijke modelembryo’s, niet alleen van muizen, maar ook van apen. En in juni 2023 wisten vier onderzoeksgroepen in het Verenigd Koninkrijk, Israël, de Verenigde Staten en China niet hoe snel ze hun resultaten met behulp van kunstmatige menselijke embryo’s aan de wereld moesten vrijgeven.

En nu zijn er de tweelingembryo’s. “Hoe eeneiige tweelingen ontstonden was tot nu toe een mysterie”, zegt Vrij. “Op een bepaald moment tijdens de ontwikkeling deelt de groep cellen in een bevruchte eicel zich in twee groepen. Bij een derde van de identieke tweelingen heeft elk embryo zijn eigen placenta en vruchtzak, maar meestal delen ze de placenta. Complicaties komen vaker voor.” Wetenschappers vermoedden dat de timing van de deling bepaalt of de placenta zich deelt of niet. Met de kunstmatige tweelingembryo’s uit Maastricht ontdekte Vrij het exacte moment en het beïnvloedingsproces.

Voor de ontwikkeling van de placenta is de juiste innesteling van het embryo in het slijmvlies van de baarmoeder, het endometrium, cruciaal. Om dit te bestuderen bedachten Vrij en zijn collega’s een ‘implantatiechip’. Op de bodem van een kweekvat groeit een laag endometriumcellen van een donor of patiënt. Dan voegen ze honderd blastoïden toe. “Na twee dagen spoelen we zorgvuldig en tellen we hoeveel embryo’s er vrijkomen. “Zo weten we hoeveel er correct zijn genest.” Hiermee kunnen onderzoekers bijvoorbeeld nagaan welke stoffen en hormonen de implantatie bevorderen of belemmeren. “De eerste IVF-behandeling is slechts bij 35 procent van de vrouwen succesvol; na drie behandelingen is dat percentage 60 procent”, zegt Vrij. In de toekomst kan voor elke vrouw persoonlijk worden gezocht naar de beste voorwaarden voor implantatie.

Duizenden tegelijk

De vraag die op ieders lippen brandt is: kunnen gekweekte embryo’s een echt embryo worden? Momenteel niet, zegt Vrij. “De ontwikkeling stopt na twee weken, om nog onduidelijke redenen. Maar elk embryo is een beetje anders. En we verhogen ze met duizenden. In theorie zou er eentje zijn die precies de juiste kwaliteiten had om door te groeien.” Dat past in ieder geval niet in de microcompartimenten. Maar de embryo’s in het muismodel hebben al een stadium bereikt dat vergelijkbaar is met middenzwangerschap, zegt Vrij. “Ze hebben al een kloppend hart en allerlei organen in ontwikkeling.”

En kunstmatige apenembryo’s veroorzaken zwangerschap (binnen een paar dagen) zodra ze in de baarmoeder worden geplaatst.

De snelle vooruitgang op het gebied van kunstmatige menselijke embryo’s roept uiteraard ethische vragen op. Wetenschappers van MERLN werken nauw samen met ethici van het MUMC+. Ze debatteren bijvoorbeeld met groepen mensen over de vraag of een groep kloppende cellen een hart mag heten. Deze komen voor in echte menselijke embryo’s ongeveer 21 dagen na de bevruchting.

Kunstmatige embryo’s stoppen veertien dagen na de bevruchting met groeien. Dit is tevens de leeftijdsgrens tot waar echte menselijke embryo’s uit IVF-klinieken mogen blijven groeien, volgens de huidige Embryowet.

Vanaf 2022 wordt gewerkt aan een nieuw wetsvoorstel waarin ook embryo-achtige structuren (ELS) zullen worden opgenomen. In dit opzicht moeten dezelfde regels gelden als voor echte menselijke embryo’s. Maar totdat die wet van kracht wordt, “kunnen we in principe nog alles met deze technologie”, zegt Vrij.

Lees ook
NRC-redacteur Laura Wismans kreeg een tweeling en ging op zoek naar de genetica daarachter.

Delen





E-mail de redacteur