Het ontwikkelingspad van een stamcel hangt af van zijn vorm

Om een stamcel langs het gewenste ontwikkelingspad te sturen, is het helemaal niet nodig om de stamcel te voorzien van de juiste hormonen en andere biochemische signalen; het is voldoende om de stamcel te dwingen de vorm aan te nemen van een cel van het gewenste weefsel.

Wat zorgt ervoor dat stamcellen zich transformeren tot een specifiek celtype? Hoe weten botstamcellen bijvoorbeeld dat ze botcellen moeten worden in plaats van kraakbeencellen? Deze vragen zijn van groot belang voor zowel de fundamentele als de toegepaste wetenschap. In de regeneratieve geneeskunde worden zieke weefsels vervangen door gezonde weefsels afkomstig van stamcellen, en artsen moeten er zeker van zijn dat de stamcellen zich zullen transformeren tot het gewenste weefsel.

Het is bekend dat dergelijke cellen chemische signalen gehoorzamen: een hormoon kan een stamcel aansturen om een bepaald volwassen weefsel te laten ontstaan. Aan de andere kant zijn er aanwijzingen dat celdifferentiatie afhankelijk is van het type oppervlak waarop de celcultuur leeft en zich voortplant: het contact van de cel met het substraat bepaalt zijn lot. Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (VS) suggereren dat de transformatie van een stamcel afhangt van de vorm die deze moest aannemen.

Om weefsel uit stamcellen te laten groeien, gebruiken artsen tijdelijke polymeerimplantaten die dienen als substraat, een driedimensionale basis. Het skeletimplantaat organiseert de cellen in de ruimte en stuurt hun groei. In het experiment plantten wetenschappers stamcellen uit botweefsel op verschillende soorten van dergelijke implantaten die verschilden in ruimtelijke structuur. In dit geval werden de cellen gekweekt zonder toevoeging van hormonen of andere stoffen die hen konden "vertellen" over het ontwikkelingspad. Als gevolg hiervan begonnen de stamcellen slechts in één op de vijf gevallen calcium te accumuleren, wat wijst op hun transformatie tot een volwassen botcel. Om zich succesvol aan dit substraat te hechten, moesten de cellen zich uitrekken en lange uitlopers vormen, dat wil zeggen de vorm aannemen van een volwassen osteocyt.

Zo kunnen stamcellen, zoals de auteurs in het tijdschrift Biomaterials schrijven, in het gewenste ontwikkelingspad worden gebracht zonder chemische signaalcocktails. Het is voldoende om ze de karakteristieke vorm te geven die inherent is aan de cellen van het gewenste weefsel.

Op het eerste gezicht is het resultaat vreemd en onbegrijpelijk. Het is alsof je zegt dat studenten dokter worden omdat ze tijdens hun medische opleiding gedwongen worden witte jassen te dragen. Wetenschappers moeten nog uitleggen hoe celmorfologie hun gedrag bepaalt. Maar de ruimtelijke methode om nieuw weefsel te laten groeien lijkt natuurlijk goedkoper en eenvoudiger dan signaalchemische 'kweek'.