Orgaankweek: Een reis naar de toekomst van de geneeskunde

Orgaankweek is een baanbrekend onderzoeksveld dat streeft naar het kweken van gezonde menselijke organen en cellen in het laboratorium, voor transplantatie in het menselijk lichaam.
Dit gebied biedt enorme beloften voor de behandeling van een scala aan ernstige ziekten, waaronder chronische aandoeningen, ernstige verwondingen en aangeboren afwijkingen.

Het idee om menselijke organen in het laboratorium te kweken bestaat al vele jaren, maar pas de laatste jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt op dit gebied.
Het begin werd gekenmerkt door pogingen om individuele cellen in het laboratorium te kweken, en later vorderden wetenschappers naar het kweken van eenvoudige weefsels.
Een belangrijke doorbraak vond plaats in de jaren 90, met de ontwikkeling van weefselmanipulatietechnologieën en 3D-printen, die het mogelijk maakten om complexere driedimensionale structuren te creëren.

Weefselmanipulatie:

Deze technologie richt zich op het kweken van menselijke cellen op driedimensionale steigers, waarbij een orgaanachtige structuur en functie wordt gecreëerd. Dit proces verloopt in verschillende stappen:

1. Celselectie: Geschikte menselijke cellen worden uit verschillende bronnen gehaald, zoals een biopsie van de patiënt, stamcellen of embryonale cellen.
2. Celvermeerdering: De cellen vermenigvuldigen zich in het laboratorium onder gecontroleerde omstandigheden.
3. Steiger: Het creëren van een driedimensionale steiger van biologische of synthetische materialen, die als basis dient voor de weefselgroei.
4. Zaaien: De cellen worden op de steiger geplaatst.
5. Rijping: Het creëren van optimale omstandigheden voor de weefselgroei, met toevoer van voedingsstoffen en zuurstof.
6. Transplantatie: Nadat het weefsel voldoende is gegroeid en ontwikkeld, kan het in het lichaam van de patiënt worden getransplanteerd.

Weefselmanipulatie maakt de kweek van een breed scala aan weefsels mogelijk, waaronder:

• Huid: Voor de behandeling van brandwonden, chronische wonden en plastische chirurgie.
• Bot: Voor de behandeling van breuken, verwondingen en orthopedische operaties.
• Spier: Voor de behandeling van spierblessures, spierdystrofie en spierafbraak.
• Kraakbeen: Voor de behandeling van artritis, kraakbeenletsel en orthopedische operaties.
• Bloedvaten: Voor de behandeling van hart- en vaatziekten, orgaantransplantaties en complexe operaties.

De belangrijkste uitdagingen op het gebied van weefselmanipulatie:

• Aanmaak van bloedvaten: De toevoer van zuurstof en voedingsstoffen naar alle delen van het weefsel is essentieel voor het succes ervan.
• Zenuwintegratie: Het creëren van een normaal zenuwcontact tussen het getransplanteerde weefsel en het lichaam van de patiënt.
• Immuunafstoting: Het voorkomen van afstoting van het getransplanteerde weefsel door het immuunsysteem van het lichaam.

3D-printen van organen:

Deze baanbrekende technologie maakt het mogelijk om kunstmatige organen te creëren door middel van het printen van menselijke cellen en biologische materialen. Het printproces gebeurt in lagen, met behulp van speciale 3D-printers.

Voordelen van 3D-printen:

• Nauwkeurigheid: Het creëren van organen met een complexe en precieze structuur.
• Personalisatie: Het printen van organen op maat van de patiënt, met gebruik van zijn eigen cellen.
• Beschikbaarheid: Potentieel om het aanbod van beschikbare organen voor transplantatie te vergroten.

De belangrijkste uitdagingen op het gebied van 3D-printen:

• Materialen: Ontwikkeling van geschikte biologische materialen voor het printen en voor de normale functie van het orgaan.
• Bloedvaten: Het creëren van een efficiënt bloedvatenstelsel in het geprinte orgaan.
• Rijping: Het creëren van optimale omstandigheden voor de ontwikkeling van het geprinte weefsel.

Stamceltransplantatie:

Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen met een hoog differentiatievermogen. Deze cellen kunnen zich ontwikkelen tot een breed scala aan celtypen, wat ze tot een potentiële oplossing maakt voor de behandeling van verschillende ziekten.

De uitdagingen waarmee het veld wordt geconfronteerd:

• Complexe weefselmanipulatie: Het creëren van organen met volledige functie, zoals een bloedvaten- en zenuwstelsel. Tot nu toe zijn wetenschappers erin geslaagd om alleen relatief eenvoudige organen te kweken, en er is nog geen manier om complexe organen met volledige functie te creëren.
• Immuunafstoting: Het voorkomen van afstoting van het getransplanteerde orgaan door het immuunsysteem van het lichaam. Een mogelijke oplossing voor dit probleem is het kweken van organen uit genetisch gematchte cellen van de patiënt, of het gebruik van immunosuppressiva.
• Ethische kwesties: Het kweken van menselijke organen in het laboratorium roept complexe ethische vragen op, zoals:
  • Toewijzing van organen: Hoe wordt bepaald wie een getransplanteerd orgaan krijgt en wie op de wachtlijst blijft?
  • Commercialisering van organen: Zullen organen voor iedereen beschikbaar zijn, of alleen voor degenen die het zich kunnen veroorloven?
  • Het creëren van "menselijke huisdieren": Is het gepast om menselijke organen te kweken voor transplantatie bij dieren?

Wetenschappelijke vooruitgang op dit gebied:

De afgelopen jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van orgaankweek. Wetenschappers zijn erin geslaagd om eenvoudige organen, zoals een galblaas en urinebuis, in het laboratorium te kweken en deze met succes bij patiënten te transplanteren. Ook zijn er aanzienlijke vorderingen gemaakt bij het kweken van complexere weefsels, zoals hart en lever.

De toekomst van orgaankweek:

Het gebied van orgaankweek zal naar verwachting een revolutie teweegbrengen in de geneeskunde.
In de toekomst zal het misschien mogelijk zijn om voor ieder mens op maat gemaakte organen en cellen in het laboratorium te kweken, en zo ernstige ziekten te genezen en de kwaliteit van leven van miljoenen mensen wereldwijd te verbeteren.

Baanbrekende experimenten op dit gebied:

Weefselmanipulatie:

• Een team van wetenschappers van de Wake Forest University is erin geslaagd een menselijke galblaas in het laboratorium te kweken en deze met succes bij een patiënt te transplanteren.
• Een team van wetenschappers van de Universiteit van Londen is erin geslaagd een menselijke urinebuis in het laboratorium te kweken en deze met succes bij een patiënt te transplanteren.

3D-printen van organen:

• Een team van wetenschappers van de Harvard Universiteit is erin geslaagd een kleine menselijke nier in 3D te printen.
• Een team van wetenschappers van de Universiteit van Tel Aviv is erin geslaagd een klein menselijk hart in 3D te printen.
• Een team van wetenschappers van de Universiteit van Californië in Los Angeles is erin geslaagd een kleine menselijke long in 3D te printen.

Stamceltransplantatie:

• Een team van wetenschappers uit Japan is erin geslaagd embryonale stamcellen te transplanteren in het oog van een diabetespatiënt, wat leidde tot een verbetering van het gezichtsvermogen.
• Een team van wetenschappers uit de Verenigde Staten is erin geslaagd stamcellen uit het ruggenmerg van een verlamde patiënt te transplanteren, wat leidde tot een verbetering van de motorische functie.
• Een team van wetenschappers uit Israël is erin geslaagd stamcellen uit de navelstreng van een baby te transplanteren in een foetus met thalassemie, wat leidde tot volledig herstel.

.
Referenties:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/