vruchtbaarheid

Muizen kunnen nu met kunstmatige eierstokken zwanger worden. Bron: NIH, VS

Eierstok 3D-geprint

Voor het eerst zijn biologen er in geslaagd om een 3D geprinte eierstok in muizen eicellen te laten produceren. Kunnen nu ook oudere vrouwen in de toekomst hun menopauze voorkomen en kinderen blijven krijgen?

Grote doorbraak voor de gezondheid van vrouwen
Onderzoekers van de Amerikaanse Northwestern University zijn er in geslaagd om muizenwijfjes zonder eierstokken levende jongen te laten baren door middel van geïmplanteerde, 3D-geprinte eierstokken.

Ongeveer tien procent van alle vrouwen is hun hele leven onvruchtbaar. Alle vrouwen komen uiteindelijk in de menopauze, een levensfase waarin de eierstokken door hun voorraad eicellen heen raken. Als gevolg stoppen vrouwen met menstrueren en krijgen ze overgangsklachten, zoals de beruchte opvliegers. Kortom: er is best veel vraag naar deze technologie, want bijna alle onvruchtbare vrouwen willen kinderen krijgen en maar weinig vrouwen begroeten de menopauze met vreugde.

Gelatine met eicellen
De onderzoekers gebruikten een biotechnologische 3D-printer om een ondersteunende structuur van gelatine te bouwen. Gelatine is bekend uit de keuken en bestaat uit het dierlijke eiwit collageen. De structuur van de kunstmatige eierstok werd zo nauwkeurig mogelijk afgeleid van die van menselijke eierstokken. De eierstok moest stevig genoeg worden om een operatie te overleven en tegelijkertijd ruimte genoeg bieden voor de groei van eicellen, de vorming van bloedvaten en ovulatie. Om dit te bereiken construeerden de onderzoekers kriskrasverbindingen, waardoor de cellen op meerdere platen konden aanhechten. De raamwerken werden ‘ingezaaid’ met follikels uit eierstokken. Dit zijn de ronde structuren met elk een eicel in het midden, die omringd worden door ondersteunende, hormonen producerende cellen. Bekend van de biologieles op school. Om de gekweekte eierstokken te testen, verwijderden de onderzoekers de eierstokken van muizen en vervingen ze door de gekweekte exemplaren. Na de operatie begonnen de muizen te ovuleren, baarden gezonde jongen en waren in staat ze te zogen. Ook de hormonale cyclus werd hersteld. Dit is goed nieuws voor vrouwen zonder goed functionerende eierstokken. Deze krijgen namelijk op latere leeftijd problemen met botontkalking en aderverkalking, ongeveer wat met ‘normale’ vrouwen na de menopauze gebeurt.

Muizen kunnen nu met kunstmatige eierstokken zwanger worden. Bron: NIH, VS
Muizen kunnen nu met kunstmatige eierstokken zwanger worden. Bron: NIH, VS

In de muizen stimuleerde de steigerstructuur de groei van bloedvaten, zonder dat extra substanties nodig waren om deze op te wekken. Hierbij moet wel de kanttekening worden gemaakt dat muizen, en hun eierstokken, duizend keer kleiner zijn dan mensen, dus dat voor menselijke eierstokken vermoedelijk wel de nodige kunstgrepen nodig zijn. Er zijn eerder wel al bemoedigende resultaten bereikt bij het produceren van follikels bij muizen en mensen. Deze eicellen rijpten in alginaat (agar), wat wisselvallige effecten had [2]. Het lichaamseigen collageen blijkt dus betere effecten te geven.

Bronnen
1. Engineered ovary implant restores fertility in mice, Endocrine Society proceedings, 2016
2. S. Xiao et al.,  In vitro follicle growth supports human oocyte meiotic maturation, Nature, 2015

Een zaadcel bevrucht een eicel. Bij oudere vrouwen gaat dit moeizamer.

‘Ook oudere vrouwen kunnen nog kinderen krijgen’

De ontdekking van stamcellen in menselijke ovaria wijst erop dat nieuwe eicellen ook tijdens het leven worden geproduceerd. Dit betekent dat het in principe mogelijk is in de middellange toekomst ook oudere vrouwen kinderen te laten krijgen.

Een zaadcel bevrucht een eicel. Bij oudere vrouwen gaat dit moeizamer.
Een zaadcel bevrucht een eicel. Bij oudere vrouwen gaat dit moeizamer.

Biologieles klopt niet
Tot dusver werd gedacht (en ook op biologieles geleerd) dat vrouwelijke zoogdieren met een beperkt aantal eicellen worden geboren. Medisch onderzoeker Jonathan Tilly toonde in ieder geval in muizen aan dat dat onzin is. In 2004 ontdekte hij stamcellen voor eicellen in de eierstokken van muizen. De verrassende ontdekking volgde toen Jonathan Tilly en zijn team het aantal oöcyten – cellen die zich uiteindelijk ontwikkelen tot vruchtbare eicellen – in de eierstok telden. Omdat het aantal oöcyten gedurende het leven sterk daalt, werd aangenomen dat deze cellen voortdurend afstierven zonder aangevuld te worden. Een probleem: er bleken drie keer zoveel cellen af te sterven als daadwerkelijk verdwenen. Er is maar één zinnige verklaring: klaarblijkelijk maakte het ovarium van de muis nog steeds eicellen aan. Inderdaad leverde vervolgonderzoek op dat er bij muizen stamcellen bestaan, die ook op latere leeftijd nog eicellen aanmaken.

 

Zoals wel vaker als er onorthodoxe resultaten worden geboekt, was de kritiek op Tilly en zijn team niet van de lucht. Niet afgeschikt besloten ze door te gaan met hun onderzoek, deze keer in de eierstokken van mensen. Saitama Medical University in Japan leverde een aantal afgestane eierstokken, afkomstig van vrouwen die van geslacht veranderden.

Eicellen beschikken over een eiwit dat alleen bij deze soort cellen voordat ze rijpen voorkomt. Het team ging op zoek naar deze cellen  met een fluorescerende stof die zich bindt aan dit eiwit. Als volgende stap bouwden ze een gen in dat deze cellen groen deed oplichten. Toen de groep hun lichtgevende cellen terugplaatste in een stukje menselijk eierstokweefsel in een muis, ontdekten ze dat de cellen zich vermenigvuldigden en nieuwe onrijpe eicellen vormden. Volgens vruchtbaarheidsonderzoekers zou dit wel eens dé oplossing kunnen zijn voor oudere vrouwen die toch nog kinderen willen krijgen. Ook betekent meer eicellen, dat de menopause wordt uitgesteld.

Moeder krijgt na kijkoperatie miljoen kinderen
Volgens Tilly kan deze behandeling uitstekend worden gebruikt om eicellen voor in-vitro fertilisatie te oogsten. Muizen zijn te klein om daar rijpe menselijke eicellen in te laten ontwikkelen, maar in andere dragers kunnen de eicellen wel rijpen. Collega Evelyn Telfer van de universiteit van Edinburgh in Schotland heeft een manier uitgewerkt om vroege oocyten tot een gevorderder ontwikkelingsstadium buiten een lichaam te laten rijpen en zal Tilly hiermee helpen. Op dit moment moet een eiceldonor een zware hormoonkuur ondergaan, waarna de eieren operatief worden geoogst – gemiddeld zeven eicellen per behandeling. Met deze nieuwe techniek is een kijkoperatie voldoende. Een stukje weefsel van drie millimeter is voldoende om honderd stamcellen te oogsten, waaruit een miljoen eicellen kan worden gekweekt.

Eicellen verjongen
Embryo’s uit oudere eicellen bevatten veel genetische fouten. De reden, vermoeden veel celbiologen: de mitochondrieën in een oudere eicel zijn afgetakeld en kunnen minder energie leveren. In experimenten werden zaadcellen plus celplasma van een jonge eicel in een oude eicel geïnjecteerd. Hoewel het aantal zwangerschappen extreem hoog was, hadden twee van de zeventien kinderen het syndroom van Down. Reden om deze experimenten stop te zetten. Tilly denkt dat hij dit probleem kan voorkomen door de eigen mitochondria van de donor uit eicelstamcellen te halen. Later dit jaar starten de experimenten.

Eicellen kankervrij maken
Op dit moment worden van vrouwen die chemotherapie ondergaan, van tevoren eicellen ingevroren. Dit heeft als risico dat tumorcellen meeliften. Als alleen onrijpe eicellen worden overgezet, wordt geen eierstokweefsel maar alleen een embryo teruggeplaatst, waardoor dat risico verdwijnt.

Bronnen
Nature Medicine
Ovarian stem cells discovered in humans, New Scientist (2012)

Een grote, langzaam ronddraaiende rumtekolonie lijkt in veel opzichten, ook wat zwaartekracht betreft, op de aarde.

Voortplanting in de vrije ruimte onmogelijk?

Volgens recent wetenschappelijk onderzoek groeien embryo’s misvormd op als gevolg van te lage zwaartekracht. Door ruimtevaarthaters wordt dit dan ook dankbaar aangegrepen om ruimtekolonisatie als “onmogelijk” te betitelen. Is die conclusie wel terecht?

Het onderzoek
Ontwikkelingsbiologe Tamara Franz-Odendaal en haar promotiestudente Sara Edsall, beiden werkzaam aan de Mount Saint Vincent University in Halifax, Canada verrichtten experimenten waarin werd onderzocht wat de gevolgen van microzwaartekracht op de ontwikkeling van embryo’s van de zebravis waren. In het experiment werden de embryo’s tussen de 10-14 en 12-96 uur na bevruchting in een draaiende bioreactor blootgesteld aan microzwaartekracht.

Een grote, langzaam ronddraaiende rumtekolonie lijkt in veel opzichten, ook wat zwaartekracht betreft, op de aarde.
Een grote, langzaam ronddraaiende ruimtekolonie lijkt in veel opzichten, ook wat zwaartekracht betreft, op de aarde.

Uit het onderzoek bleek dat de zebravisjes, eenmaal volwassen geworden, schedeldefecten vertoonden. Ze veronderstelt dat de defecten zich elke generatie zullen ophopen – een interessant Lamarckiaans standpunt – en dat daardoor in volgende generaties de defecten zich zullen ontwikkelen tot pathogene grootte.

Ook in andere onderzoeken zijn verstoringen in vruchtbaarheid (degeneratie van de eierstokken bij vrouwelijke muizen) en de embryonale ontwikkeling (ook zebravissen; de vissen stierven twee weken daarna) als gevolg van microzwaartekracht gevonden. Japans onderzoek in de ruimte wees echter uit dat de Japanse medakavis wel degelijk in staat is zich onder gewichtloze omstandigheden voort te planten. De genetische diversiteit bij vissen is enorm (in feite zijn amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren alle vissen) dus de vraag is in hoeverre je dit onderzoek mag generaliseren, maar zeker is wel dat microzwaartekracht gevolgen heeft op de embryonale ontwikkeling en vruchtbaarheid.

Implicaties voor ruimtekolonisatie
Willen we een permanente aanwezigheid van de mens op plaatsen buiten de aarde, dan is het noodzakelijk om kinderen geboren te laten worden in de ruimte. In principe is er ver verwijderd van zwaartekrachtsbronnen (zoals in de interplanetaire ruimte) nauwelijks of geen zwaartekracht. Echter: kunstmatige zwaartekracht is wel op te wekken.

Kunstmatige zwaartekracht
Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie is het onmogelijk door een experiment onderscheid te maken tussen een versnellend inertiaalframe en zwaartekracht. Tot op heden zijn (zelfs na meting met de meest gevoelige meetapparatuur)  geen metingen bekend waarvan de uitkomst in strijd is met de speciale of algemene relativiteitstheorie. Met andere woorden: er is geen verschil te merken tussen door versnelling opgewekte g-krachten en door veel massa veroorzaakte g-krachten.

Dat betekent, dat microzwaartekracht niet het probleem is dat het lijkt. Laat een ruimteschip of ruimtekolonie bijvoorbeeld langzaam om zijn as draaien en de bewoners worden door de middelpuntvliedende pseudokracht tegen de wand gedrukt. Voor een ruimtekoloniste (en het embryo in haar buik) zal het voelen alsof zij op de aarde staat. Wel kunnen zwangere vrouwen waarschijnlijk beter niet te lang blootgesteld worden aan lage g-krachten.

Bron

Sex and space travel don’t mix