Onderzoekers van het Babraham Institute ontwikkelden een nieuwe techniek om huidcellen te verjongen. Dit maakt het mogelijk om de biologische klok van cellen op moleculair niveau met ongeveer 30 jaar terug te draaien. Aanzienlijk verder terug dan eerdere methoden.

Twee cellulaire ‘klokken’

De biologische leeftijd van een cel is in een lab aan twee dingen af te lezen. Dat zijn ten eerste de epigenetische klok, die bestaat uit chemische markers, verspreid over het cel-DNA, die de leeftijd van de cel aangeven. Ten tweede is er het transcriptoom. Dat is de wetenschappelijke term voor alle genen die op een gegeven moment af worden gelezen. Dat verschilt voor een jonge cel van die van een oudere cel.

Bijzonder is dat de methode die de onderzoekers ontdekten, zowel de epigenetische klok als het transcriptoom van menselijke huidcellen, zo’n 30 jaar kan terugzetten.

Terugzetten kon alleen door universele stamcellen

De manier waarop een lichaamcel teug kan worden gezet naar een piepjonge cel is al bekend. Dit type cel heet een pluripotente stamcel en kan in principe in elk type weefsel worden veranderd. Van haarcel tot spiercel. Uiteraard is dat niet de bedoeling bij lichaamscellen van een levend persoon. Dan zou je lichaam ophouden te functioneren. Enkele pluripotente stamcellen zijn nuttig. Ze worden door

Dat dit nu niet meer nodig is, maakt deze ontdekking baanbrekend. De cel verandert niet in een stamcel, maar in een jonge cel. Dat bleek niet alleen uit deze twee parameters, maar ook uit het herstel van de cel. Deze functioneerde even goed als de cel van een twintigjarige.

De nieuwe methode is gebaseerd op de bekende, Nobelprijswinnende techniek van Shinya Yamanaka voor het maken van stamcellen. Door het herprogrammeringsproces eerder te stoppen voorkomt de methode volledig identiteitsverlies. Het resultaat: een mooie balans tussen verjonging en het behoud van de celidentiteit en -functie.

Na 13 dagen stopgezet

In 2007 was Yamanaka de eerste wetenschapper die gewone lichaamscellen omtoverde tot stamcellen, Cellen dus, die de mogelijkheid hebben om zich tot elk celtype te ontwikkelen. Dit proces maakt gebruik van vier belangrijke moleculen, de zogenaamde Yamanaka-factoren. Normaal gesproken duurt de bloootstelling aan de Yamanaka-factoren zo’n 50 dagen. De nieuwe methode, ‘maturation phase transient reprogramming’, stelt cellen slechts 13 dagen bloot aan deze factoren. Op dat moment waren al veel tekenen van veroudering verdwenen, maar was ook de celidentiteit tijdelijk gewist.
Daarna liet het team de cellen onder normale omstandigheden doorgroeien om te zien of ze hun oorspronkelijke functie als huidcel, fibroblast, weer oppakten. Dit bleek het geval. Genoomanalyse toonde aan dat de cellen opnieuw markers voor huidcellen vertoonden. Dit werd bevestigd door de waargenomen productie van collageen, een huideiwit dat u waarschijnlijk welbekend is van de dure huidverjongende smeerseltjes.

Wat is regeneratieve geneeskunde?

Naarmate we ouder worden, functioneren cellen slechter en hopen zich ouderdomskenmerken op. Regeneratieve biologie richt zich op het herstellen of vervangen van beschadigde of verouderde cellen. Een belangrijke techniek is het creëren van zogenoemde ‘geïnduceerde’ stamcellen. Volwassen cellen gaan in stappen terug naar een stamcel. Daarbij verliezen ze hun specialisatie. In theorie kunnen deze cellen vervolgens in elk celtype veranderen. In de praktijk lukt het nog niet goed om ze zich betrouwbaar te laten ontwikkelen tot elke gewenste celsoort.

Functioneren als jonge cellen

De praktische waarde van de techniek hangt af van meer dan alleen een “jong” uiterlijk. De cellen moeten zich ook echt gedragen als jonge cellen. Fibroblasten produceren collageen. Dat is een belangrijk structureel eiwit in botten, huid, pezen en ligamenten en daarom een geliefd ingrediënt in allerlei schoonheidsproducten. De verjongde fibroblasten maakten meer collageen aan dan controlecellen die niet waren geherprogrammeerd. Fibroblasten spelen ook een rol bij wondgenezing, doordat ze naar beschadigde gebieden migreren. Dit werd getest door een kunstmatige snee aan te brengen in een laag cellen in een petrischaal. De verjongde fibroblasten migreerden sneller naar het wondgebied dan oudere cellen. Op zich al een hoopvol teken voor toekomstige toepassingen in wondgenezing.

Ook andere genen lieten gunstige veranderingen zien. Zo keerden de activiteit van het APBA2-gen, betrokken bij Alzheimer, en van het MAF-gen, gelinkt aan staar, terug naar de niveaus van die van jongere cellen.

Wat gebeurt er in de cel?

Hoe de tijdelijke herprogrammering precies werkt, is nog onduidelijk. Dat is de volgende puzzel voor de onderzoekers. Ze vermoeden dat door vroegtijdig te stoppen, bepaalde sleutelgebieden in het genoom die de celidentiteit bepalen, ontsnappen aan het herprogrammeringsproces.

Dr. Gill concludeert: “Onze resultaten vormen een belangrijke stap in ons begrip van celherprogrammering. We hebben aangetoond dat je cellen kunt verjongen zonder dat ze hun functie verliezen, en dat deze verjonging sommige functies zelfs herstelt. Vooral de omkering van verouderingskenmerken in ziektespecifieke genen is veelbelovend.”

Professor Wolf Reik, die het onderzoek leidde, voegde toe: “Dit werk heeft enorm spannende implicaties. Misschien kunnen we in de toekomst genen vinden die verjonging bewerkstelligen zonder dat volledige herprogrammering nodig is. Daarmee zouden we gericht de effecten van veroudering kunnen tegengaan. Dit opent een veelbelovend therapeutisch perspectief.”