Een beter inzicht in de werking van de cellen in ons lichaam kan leiden tot een betere behandeling van aandoeningen zoals migraine, darmontsteking en kanker.
Migraine kost ons land elk jaar bijna 1 miljard euro aan verloren werkdagen. De aandoening treft vooral mensen tussen de dertig en vijftig jaar oud, die dus volop in hun actieve loopbaan zitten. Migraine wordt vaak uitgelokt door stress of andere hevige emoties. Soms gaat de uitermate sterke hoofdpijn gepaard met cognitieve problemen, waardoor mensen niet langer normaal kunnen functioneren.
Een sleutelrol in migraineaanvallen speelt de drielingzenuw, de belangrijkste link tussen onze hersenen en ons gezicht. Ze kan nog andere aandoeningen veroorzaken, die doorgaans leiden tot hevige pijnscheuten in het gelaat. In het vakblad Neuron verscheen vorig jaar een soort ‘atlas’ van cellen in deze zenuw, die een complexe structuur met drie aparte takken heeft. Op verschillende locaties werd de genetische activiteit van individuele cellen gemeten door te kijken naar welke RNA-moleculen erin opduiken. RNA verzorgt de overschrijving van informatie uit het DNA van de genen in bruikbare eiwitten en kan dus model staan voor wat een cel doet.
Zo ontdekten onderzoekers vijftien verschillende celtypes in de zenuw: acht die rechtstreeks met de zenuwactiviteit te maken hebben en zeven voor ondersteunende functies, zoals versteviging en bescherming.
Opmerkelijk is dat zelfs ondersteunende cellen in de zenuw hyperactief kunnen zijn tijdens migraineaanvallen. Wat impliceert dat ook die cellen een doelwit voor geneesmiddelen kunnen worden, een mogelijkheid die tot dusver onderbelicht is gebleven. Het is de bedoeling om het atlaswerk uit te breiden naar de verbindingen tussen de zenuw en de zones in de hersenen waar de pijnreacties getriggerd worden.
Wat in de placenta is gebeurd, kan effect hebben op onze vatbaarheid voor astma, hartproblemen en kanker.
Miraculeuze genezing
Dankzij nieuwe genetische meettechnologieën en de efficiënte interpretatie – al dan niet met behulp van artificiële intelligentie – van grote gegevensbanken kunnen we de opbouw van ons lichaam tot in de kleinste details bekijken. In 2018 lanceerden wetenschappers het HubMAP-programma, wat staat voor Human Biomolecular Atlas Program. Het is een ambitieus project om niet alleen de verdeling van cellen in ons lichaam in kaart te brengen, maar ook te kijken naar wat die cellen allemaal doen of niet doen.
Er moet een schat aan gegevens over de werking van cellen uit voortkomen, inbegrepen over individuele verschillen tussen mensen. Medische behandelingen hebben niet zelden een uiteenlopend effect op patiënten. Sommige mensen genezen miraculeus, andere hebben te veel last van negatieve bijwerkingen en bij nog andere gebeurt er niets. Meer inzicht in de verdeling van de cellenactiviteit in het lichaam is wenselijk om tot een gepersonaliseerde geneeskunde te komen, met een maximaal effect voor elke patiënt afzonderlijk. De cellenkaarten kunnen ook nuttig zijn voor precisiegeneeskunde. Behandelingen worden dan alleen uitgevoerd op locaties waar ze nuttig kunnen zijn. Vandaag wordt er in de geneeskunde nog te veel met het spreekwoordelijke kanon op een mug geschoten.
Darm
In het vakblad Nature verscheen onlangs een overzicht van de stand van zaken in het onderzoek naar de activiteit van individuele cellen. Er wordt druk gesleuteld aan technologieën en gezocht naar innovaties om het speurwerk nog efficiënter te maken. Het blad stelde de eerste resultaten voor van het in kaart brengen van de cellenverdeling in onze darm en nieren. Complexe organen die, als ze in de fout gaan, aanleiding kunnen geven tot tal van gezondheidsproblemen.
Er bestaan grote verschillen tussen cellen en hun activiteit op diverse plekken in de lange darm. De cellen in de darmwand, die cruciaal zijn om voedingsstoffen op te nemen, vertonen grote variaties langs het traject. Maar zelfs op korte afstand van elkaar kunnen er significante verschillen in de cellensamenstelling opduiken.
Sommige zones hebben een hoge concentratie van afweercellen, die bij een mogelijke bedreiging worden geactiveerd. Uit de eerste analyses blijkt dat de darm is georganiseerd als een opeenvolging van gespecialiseerde ‘niches’ met een eigen functie. Dat hoeft niet te verbazen. Maar als we meer inzicht zouden krijgen in de verdeling van die niches, kunnen aandoeningen zoals chronische darmontsteking misschien efficiënter worden behandeld.
Nieren
In de studie van de nieren vergeleken wetenschappers de activiteit van cellen in weefselstaaltjes van zieke en gezonde nieren. Ze konden cellenprofielen identificeren die in de fout gaan bij nierfalen. Zo gaan sommige weefselherstellende mechanismen de mist in door miscommunicatie met afweercellen. Er werd ook inzicht vergaard in verouderingsprocessen van bepaalde cellen, die kunnen uitmonden in de chronische aftakeling van een nier. Al die elementen vormen de aanzet voor verder onderzoek om na te gaan of er nieuwe geneesmechanismen uit gehaald kunnen worden.
Placenta
De intrigerendste pionierstudie betrof de vorming van de placenta, die een zwangere vrouw de kans geeft haar kind te voeden en van zuurstof te voorzien. Gemiddeld zo’n tien dagen na de conceptie dringen de eerste cellen uit een embryo de baarmoederwand binnen om er connecties te maken met bloedvaten van de moeder, waaruit alles gehaald kan worden wat het groeiende kind nodig heeft. De placenta – in essentie een onderdeel van de baby – regelt alles waarvoor we later een brede waaier aan organen nodig hebben, zoals longen, lever en nieren.
In normale zwangerschappen passen de bloedvaten van de moeder zich zo aan dat ze minder druk en bloedsnelheid genereren, wat de kans op beschadiging van de placenta beperkt. Nogal wat problemen met een zwangerschap, zoals vroeggeboorte, hebben te maken met een moeilijke interactie tussen moeder en kind in de placenta.
De studie illustreert vooral hoe in- gewikkeld cruciale levensprocessen kunnen zijn. Zo moet de moederlijke afweer in de zone rond de bloedvaten die de verbinding met de placenta verzorgen, naar een lager peil zakken om het samenleven met een ‘vreemd’ lichaam – de helft van de genen van de foetus zijn afkomstig van de vader – mogelijk te maken. Zelfs dat ogenschijnlijk eenvoudige streven naar een ‘vreedzaam samenleven’ tussen cellen van verschillende individuen is zo complex dat je je bij lectuur van het verslag voortdurend afvraagt hoe het überhaupt mogelijk is dat onze lichamen relatief weinig in de fout gaan. Het is adembenemend hoe ingewikkeld ze functioneren.
De placenta zorgde recent voor nog meer verrassingen. Een analyse in New Scientist stelt dat het orgaan zelfs lang na zijn verdwijnen onze gezondheid kan beïnvloeden. Wat er in de placenta is gebeurd, of niet is gebeurd, kan effect hebben op onze vatbaarheid voor ziektes als astma, hartproblemen en kanker. Het lijkt logisch dat moeders er vatbaar voor zijn: vrouwen die extreem prematuur bevallen – meestal een gevolg van placentaproblemen – hebben later viermaal meer kans op hartproblemen dan gemiddeld.
Het geldt ook voor de baby’s. Het geboortegewicht, dat sterk bepaald wordt door wat er in de placenta gebeurt, is een factor die de kans op hartproblemen beïnvloedt. Ook beroertes, diabetes, overgewicht en sommige vormen van kanker komen meer voor bij mensen die geboren werden met een laag gewicht dan bij andere. Hoe het precies in zijn werk gaat, is niet bekend, maar de belangrijkste onderzoekshypothese is dat een niet optimaal functionerende placenta minder voedingsstoffen levert voor de groei van organen zoals hart en nieren, waardoor die gevoeliger kunnen worden voor een slechte werking. Grondig cellenonderzoek kan bijdragen tot meer inzicht ter zake.
Verschillen in de werking van hersencellen maken dat onze hersenen plastischer zijn dan die van andere apen.
Hersenen
Wetenschappers schromen zich er niet voor om met de nieuwe onderzoeksmethodes ook ‘evolutionair hete hangijzers’ aan te pakken. In een van de laatste nummers van Nature verscheen een boeiende analyse van verschillen in de werking van hersencellen tussen mensen, chimpansees en resusapen. Ze peilen zo dus rechtstreeks naar de essentie van het mens-zijn. Er zijn belangrijke verschillen blootgelegd in de werking van de synapsen: de plekken waar zenuwcellen met elkaar in contact komen en informatie aan elkaar doorgeven. Het is niet duidelijk wat ze precies betekenen.
Ook in de myeline, de witte stof in de hersenen die vooral een ondersteunende functie heeft, werden significante verschillen gevonden. De studie focuste op zogenaamde oligodendrocyten die deel uitmaken van de myeline. Bij mensen blijken er verhoudingsgewijs veel meer voorlopercellen van oligodendrocyten voor te komen dan bij de andere apen, en veel minder uitgegroeide cellen, wat verband zou houden met de veel grotere plasticiteit in de werking van onze hersenen. Wij passen ons gemakkelijker aan nieuwe inzichten aan dan andere apen.
Voor de hersencellen uit de grijze stof waren de blootgelegde verschillen – voorlopig – relatief bescheiden. Je kunt de resultaten op twee manieren interpreteren. Ofwel kunnen relatief bescheiden veranderingen in de werking van cellen in de hersenen grote verschillen opleveren in het eindresultaat. Ofwel zijn de verschillen die wij tussen onszelf en de andere apen zien veel kleiner dan we soms geneigd zijn te poneren, omdat wij onszelf toch zo graag als ‘kroon’ van de evolutie zien. Een beetje meer bescheidenheid over onze uniciteit lijkt dan aangewezen.
Borst
In hetzelfde Nature-nummer verscheen een eerste atlas van cellen in de gezonde vrouwenborst. De bedoeling is een kaart te maken van wat cellen in een ‘normale’ borst doen, om ze later te kunnen vergelijken met wat er gebeurt bij borstkanker. Het is evident dat er grote verschillen zijn tussen de werking van cellen in het borstweefsel zelf en in de melkkanaaltjes. Maar hoe de twee met elkaar interageren, cruciaal voor borstvoeding, is grotendeels onbekend.
Opvallend was dat er veel meer afweercellen in de borst zaten dan de wetenschappers hadden verwacht.In het algemeen onderscheidden ze drie types van ‘organisatie’ in de afweercellen. De ontdekking is belangrijk in de context van de ontwikkeling van immuuntherapie, waarbij de eigen afweer wordt gestimuleerd om kankercellen efficiënter aan te pakken. Ook dat levert niet voor alle patiënten even goede resultaten op.
Verrassend was wel dat relatief weinig borstcellen – 1 tot 4 procent – de capaciteit zouden hebben om zich snel te delen en dus te kunnen muteren tot kankercellen. Wetenschappers buigen zich met de nieuwe technologieën ook over de grote genetische variatie tussen kankertypes en tussen tumoren van hetzelfde type. Zo verscheen er in Science een analyse van de eiwitten gevormd door veertig bekende borstkankergenen. Hun onderlinge variatie was verbluffend, wat ongetwijfeld mee verklaart waarom een behandeling van borstkanker bij sommige vrouwen efficiënt is en bij andere zo goed als zonder effect blijft.
Kankers
Nature publiceerde onlangs een reeks van zes artikels met een analyse van de genetica van 38 kankertypes, borstkanker inbegrepen. Ze vergeleken de genetische activiteit van normale weefsels met die van hun kankerversie. De hoofdconclusie was dat een kanker zelden meer dan vier of vijf ‘drijvende’ (driver) mutaties heeft, die kankercellen een evolutionair voordeel in een weefsel bieden, waardoor ze kunnen gaan woekeren. De algemeenste drivers duiken doorgaans heel vroeg in de ontwikkeling van een kanker op, soms jaren voor de eerste signalen van kanker zichtbaar worden. Zo kunnen ze nuttig zijn als biomarker om kanker snel op te sporen.
Veel kankers torsen wat de onderzoekers ‘genoomcatastrofes’ noemen. Daarbij worden grote lappen DNA verplaatst of blijven er extra kopieën van chromosomen in cellen steken. Interessant is dat de genetische basis van een kankergezwel in bijna de helft van de gevallen verandert in de loop van zijn ontwikkeling. Daarbij neemt de rol van omgevingsinvloeden, zoals pesticiden, luchtvervuiling of stress in het uitlokken van kanker af en neemt het belang van afwijkingen in de capaciteit van een cel om fouten in haar DNA te herstellen toe. Met andere woorden: na verloop van tijd wordt een kanker zelfonderhoudend. Het benadrukt nogmaals het belang van preventie. Elke kanker die voorkomen wordt, is een kanker die niet zijn eigen leven kan gaan leiden en moeilijker te behandelen valt.
