Neurale stamcel, grotendeels ongedifferentieerde cel afkomstig uit het centrale zenuwstelsel. Neurale stamcellen (NSC's) hebben het potentieel om nakomelingencellen op te wekken die groeien en differentiëren tot neuronen en gliacellen (niet-neuronale cellen die neuronen isoleren en de snelheid waarmee neuronen signalen verzenden verbeteren).
stamcel: Neurale stamcellen
Onderzoek heeft uitgewezen dat er ook stamcellen in de hersenen zijn. Bij zoogdieren worden na de geboorte zeer weinig nieuwe neuronen gevormd, maar wel enkele neuronen
Jarenlang werd gedacht dat de hersenen een gesloten, vast systeem waren. Zelfs de gerenommeerde Spaanse neuroanatomist Santiago Ramón y Cajal, die in 1906 de Nobelprijs voor Fysiologie won voor het vestigen van het neuron als de fundamentele cel van de hersenen, was niet op de hoogte van de mechanismen van neurogenese (de vorming van zenuwweefsel) tijdens zijn anders opmerkelijke carrière. In de tweede helft van de 20e eeuw waren er slechts een handvol ontdekkingen, voornamelijk bij ratten, vogels en primaten, die duidden op het regeneratieve vermogen van hersencellen. Gedurende deze tijd gingen wetenschappers ervan uit dat als de hersenen eenmaal beschadigd waren of begonnen te verslechteren, ze geen nieuwe cellen meer konden regenereren zoals andere soorten cellen, zoals lever- en huidcellen, kunnen regenereren. Men dacht dat het genereren van nieuwe hersencellen in het volwassen brein onmogelijk was, aangezien een nieuwe cel zichzelf nooit volledig zou kunnen integreren in het bestaande complexe systeem van de hersenen. Pas in 1998 werden NSC's ontdekt bij mensen, die voor het eerst werden gevonden in een hersengebied dat de hippocampus wordt genoemd en waarvan bekend was dat het een rol speelde bij de vorming van herinneringen. NSC's bleken later ook actief te zijn in de reukbollen (een gebied dat geur verwerkt) en slapend en inactief in het septum (een gebied dat emotie verwerkt), het striatum (een gebied dat beweging verwerkt) en het ruggenmerg.
Tegenwoordig onderzoeken wetenschappers geneesmiddelen die slapende NSC's kunnen activeren als de gebieden waar neuronen zich bevinden beschadigd raken. Andere onderzoeksmogelijkheden zoeken naar manieren om NSC's in beschadigde gebieden te transplanteren en ze over te halen om door beschadigde gebieden te migreren. Weer andere stamcelonderzoekers proberen stamcellen uit andere bronnen (dwz embryo's) te halen en deze cellen te beïnvloeden om zich tot neuronen of gliacellen te ontwikkelen. De meest controversiële van deze stamcellen zijn die verkregen uit menselijke embryo's, die vernietigd moeten worden om de cellen te verkrijgen. Wetenschappers zijn erin geslaagd om geïnduceerde pluripotente stamcellen te creëren door volwassen somatische cellen (lichaamscellen, met uitzondering van sperma en eicellen) te herprogrammeren door de introductie van bepaalde regulerende genen. Het genereren van opnieuw geprogrammeerde cellen vereist echter het gebruik van een retrovirus en daarom hebben deze cellen het potentieel om schadelijke kankerverwekkende virussen bij patiënten te introduceren. Embryonale stamcellen (ESC's) hebben een verbazingwekkend potentieel, omdat ze in elk type cel in het menselijk lichaam kunnen worden veranderd, maar verder onderzoek is nodig om betere methoden te ontwikkelen voor het isoleren en genereren van ESC's.
Het herstel van een beroerte is een onderzoeksgebied waar veel is ontdekt over de belofte en de complexiteit van stamceltherapie. Er zijn twee hoofdbenaderingen voor stamceltherapie: de endogene benadering of de exogene benadering. De endogene benadering is gebaseerd op het stimuleren van volwassen NSC's in het eigen lichaam van de patiënt. Deze stamcellen bevinden zich in twee zones van de dentate gyrus (een deel van de hippocampus) in de hersenen, evenals in het striatum (een deel van de basale ganglia diep in de hersenhelften), de neocortex (de buitenste dikte van de zeer ingewikkelde hersenschors) en het ruggenmerg. In ratmodellen zijn groeifactoren (celgroei-bemiddelende stoffen), zoals fibroblastgroeifactor-2, vasculaire endotheliale groeifactor, hersenafgeleide neurotrofe factor en erytropoëtine toegediend na beroertes in een poging om neurogenese te induceren of te versterken, waardoor hersenbeschadiging wordt voorkomen en functioneel herstel wordt gestimuleerd. De meest veelbelovende groeifactor in de rattenmodellen was erytropoëtine, dat de celproliferatie van neurale voorlopercellen bevordert en waarvan is aangetoond dat het neurogenese en functionele verbetering induceert na embolische beroerte bij ratten. Dit werd gevolgd door klinische onderzoeken waarin erytropoëtine werd toegediend aan een klein aantal patiënten met een beroerte, die uiteindelijk dramatische verbeteringen lieten zien ten opzichte van individuen in de placebogroep. Erytropoëtine is ook veelbelovend gebleken bij patiënten met schizofrenie en bij patiënten met multiple sclerose. Er moeten echter verdere studies worden uitgevoerd bij grotere groepen patiënten om de werkzaamheid van erytropoëtine te bevestigen.
Exogene stamceltherapieën zijn gebaseerd op extractie, in vitro cultivatie en daaropvolgende transplantatie van stamcellen in de door herseninfarct getroffen hersengebieden. Studies hebben aangetoond dat volwassen NSC's kunnen worden verkregen uit de dentate gyrus, hippocampus, hersenschors en subcorticale witte stof (laag onder de hersenschors). Er zijn feitelijke transplantatiestudies uitgevoerd bij ratten met een dwarslaesie waarbij gebruik is gemaakt van stamcellen die uit de subventriculaire zone (gebied onder de wanden van de met vloeistof gevulde hersenholten of ventrikels) van de volwassen hersenen waren gebiopteerd. Gelukkig waren er geen functionele gebreken als gevolg van de biopsie. Er zijn ook onderzoeken bij ratten geweest waarbij ESC's of van foetussen afgeleide neurale stamcellen en voorlopercellen (ongedifferentieerde cellen; vergelijkbaar met stamcellen maar met smallere differentiatiecapaciteiten) zijn getransplanteerd in hersengebieden die zijn beschadigd door een beroerte. In deze studies differentieerden de geënte NSC's met succes in neuronen en gliacellen en was er enig functioneel herstel. Het belangrijkste voorbehoud bij exogene therapieën is echter dat wetenschappers de onderliggende mechanismen van differentiatie van de voorlopercellen en hun integratie in bestaande neuronale netwerken nog niet volledig hebben begrepen. Bovendien weten wetenschappers en clinici nog niet hoe ze de proliferatie, migratie, differentiatie en overleving van NSC's en hun nakomelingen moeten beheersen. Dit komt doordat NSC's gedeeltelijk worden gereguleerd door de gespecialiseerde micro-omgeving of niche waarin ze zich bevinden.
Er is ook onderzoek gedaan naar hematopoëtische stamcellen (HSC's), die gewoonlijk differentiëren in bloedcellen, maar ook kunnen worden gedifferentieerd naar neurale lijnen. Deze HSC's zijn te vinden in beenmerg, navelstrengbloed en perifere bloedcellen. Interessant is dat deze cellen spontaan worden gemobiliseerd door bepaalde soorten beroertes en ook verder kunnen worden gemobiliseerd door de granulocytkoloniestimulerende factor (G-CSF). Studies van G-CSF bij ratten hebben aangetoond dat het kan leiden tot functionele verbetering na een beroerte, en klinische onderzoeken bij mensen lijken veelbelovend. Exogene onderzoeken zijn ook uitgevoerd bij ratten met HSC's. De HSC's werden in sommige onderzoeken lokaal op de plaats van beschadiging toegediend of in andere onderzoeken systemisch via intraveneuze transplantatie. De laatste procedure is simpelweg haalbaarder en de meest effectieve HSC's lijken die te zijn die zijn afgeleid van het perifere bloed.
Het onderzoek dat is gedaan naar stamceltherapieën voor epilepsie en de ziekte van Parkinson, toont ook de belofte en moeilijkheid aan om stamcellen goed te kweken en ze in een levend systeem te introduceren. Studies met betrekking tot ESC's hebben aangetoond dat ze kunnen worden onderscheiden in dopaminerge neuronen (neuronen die zenden of worden geactiveerd door dopamine), spinale motorneuronen en oligodendrocyten (niet-neuronale cellen geassocieerd met de vorming van myeline). In studies gericht op de behandeling van epilepsie werden embryonale stamcel-afgeleide neurale voorlopers (ESN's) van muizen getransplanteerd in de hippocampi van chronisch epileptische ratten en controleratten. Na transplantatie werden geen verschillen gevonden in de functionele eigenschappen van de ESN's, omdat ze allemaal de synaptische eigenschappen vertoonden die kenmerkend zijn voor neuronen. Het valt echter nog te bezien of ESN's het vermogen hebben om gedurende langere perioden in de epileptische hippocampus te overleven, zich te differentiëren in neuronen met de juiste hippocampusfuncties en leer- en geheugenstoornissen bij chronische epilepsie te onderdrukken. Van NSC's is daarentegen al waargenomen dat ze overleven en differentiëren in verschillende functionele vormen van neuronen bij ratten. Het is echter onduidelijk of NSC's in de juiste hoeveelheden kunnen differentiëren in de verschillende functionele vormen en of ze op de juiste manier kunnen synapsen met hyperexciteerbare neuronen om ze te remmen, waardoor aanvallen worden afgeremd.
Behandelingen voor de ziekte van Parkinson zijn ook veelbelovend en worden met vergelijkbare obstakels geconfronteerd. Er is klinisch onderzoek gedaan naar de transplantatie van menselijk foetaal mesencefaal weefsel (weefsel afkomstig van de middenhersenen, dat deel uitmaakt van de hersenstam) in de striata van Parkinson-patiënten. Dit weefsel is echter beperkt beschikbaar, wat ESC-transplantatie aantrekkelijker maakt. Onderzoek heeft inderdaad al aangetoond dat transplanteerbare dopaminerge neuronen - het soort neuronen dat wordt aangetast bij de ziekte van Parkinson - kunnen worden gegenereerd uit ESC's van muizen, primaten en mensen. Het enige grote verschil tussen ESC's van muizen en mensen is echter dat het veel langer duurt voordat menselijke ESC's differentiëren (tot 50 dagen). Ook vereisen differentiatieprogramma's voor menselijke ESC's de introductie van dierenserum om zich voort te planten, wat mogelijk in strijd is met bepaalde medische voorschriften, afhankelijk van het land. Onderzoekers zullen ook een manier moeten bedenken om uit ESC afgeleide dopaminerge voorlopercellen na transplantatie langer te laten overleven. Ten slotte is er de zuiverheid van uit ESC afkomstige celpopulaties; alle cellen moeten worden gecertificeerd als dopaminerge voorlopercellen voordat ze veilig kunnen worden getransplanteerd. Desalniettemin verbeteren de differentiatie- en zuiveringstechnieken met elke studie. Het genereren van grote banken van zuivere en specifieke celpopulaties voor menselijke transplantatie blijft inderdaad een haalbaar doel.
