Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Je lijf is onbekend terrein

Je lijf bevat duizenden celtypen die we nog niet kennen. Nieuwe technologie heeft een gapend gat aangetoond in onze kennis van het lichaam, maar een wereldwijd onderzoeksproject wil dit dichten. Meer dan duizend wetenschappers brengen onze organen in kaart, en dat kan leiden tot nieuwe behandelingen tegen onder meer kanker en taaislijmziekte.

Claus Lunau

Hersenonderzoeker Ed Lein

bekijkt verbaasd het resultaat van de analyse van neuronen in de buitenste laag van de hersenschors.

Samen met zijn collega’s aan het Allen Institute in Seattle, VS, heeft hij zojuist de hersenen van twee overledenen onderzocht en alle bekende typen hersencellen geïdentificeerd.

Maar de onderzoekers zijn ook op een celtype gestuit dat ze niet kennen.

Om de onbekende cel met eigen ogen te bekijken, nemen ze de microscoop erbij.

Ze zien een cel met een karakteristieke vorm: een rond cellichaam met een wirwar aan dunne uitlopers.

De vorm doet denken aan een rozenbottel in een rozenstruik, en daarom krijgt de cel de naam rosehip neuron, rozenbottelneuron.

Onlangs is er een nieuwe hersencel ontdekt: het rozenbottelneuron (boven).

© Tamas Lab/University of Szeged

De ontdekking, die in samenwerking met andere onderzoeksteams uit de VS en Europa werd gedaan, is een van de eerste in het nieuwe, mondiale project Human Cell Atlas.

Dit project moet alle cellen in het menselijk lichaam in kaart brengen en zo ons beperkte inzicht in de activiteiten van deze cellen revolutioneren.

Op dit moment nemen circa 1500 onderzoekers uit 62 landen deel aan het project. Zij hebben al enkele onbekende celtypen ontdekt en gedetailleerde kaarten getekend van meerdere organen.

De doorbraken brachten onder meer aan het licht welke cellen verantwoordelijk zijn voor de ongeneeslijke taaislijmziekte en hoe kankercellen in de tegenaanval gaan tegen de veelbelovende immunotherapie.

Dat baant de weg voor nieuwe behandelingen, die de verborgen zwakten van de ziekten benutten.

Elke cel heeft zijn eigen patroon

Het lichaam bevat allerhande cellen, die uiteenlopende taken uitvoeren en er heel verschillend uitzien.

Rode bloedcellen zitten propvol met het eiwit hemoglobine, omdat ze zuurstof door het bloed moeten vervoeren.

Neuronen hebben lange uitlopers en nauwe verbindingen met de naburige cellen, om snelle, effectieve communicatie mogelijk te maken.

En vetcellen kunnen ruim 200 keer groter worden dan rode bloedcellen, omdat ze vet opslaan als energiereserve.

De variatie aan celtypen in het lichaam is des te bijzonderder als je bedenkt dat ze allemaal hetzelfde DNA hebben.

VIDEO: Word wijzer over onze gloednieuwe hersencellen: rozenbottelneuronen!

Toen de rozenbottelcel werd ontdekt, dachten de onderzoekers dat die alleen bij mensen voorkomt. Later onderzoek wees uit dat muizen een vergelijkbaar celtype hebben.

De cellen brengen het DNA echter op hun eigen wijze tot uiting en zetten daarvoor verschillende eiwitten in.

Zo brengt een hersencel genen tot uiting die voor de vorming van signaalstoffen als dopamine en serotonine zorgen.

Afweercellen hebben echter niets aan deze genen. Zij hebben genen nodig om stoffen te vormen die infecties helpen bestrijden.

Zo heeft ieder celtype zijn eigen patroon van actieve en inactieve genen die de cel zijn unieke vorm en functie geven.

De laatste 150 jaar hebben onderzoekers celtypen onder meer geïdentificeerd op basis van hun vorm en hun locatie in het lichaam, en zo zijn er circa 200 verschillende celtypen ontdekt.

Maar sinds enkele decennia zijn er nieuwe technieken waarmee je precies ziet welke genen de cellen tot expressie brengen.

En het lijkt er nu sterk op dat er nog veel meer celtypen zijn – mogelijk duizenden.

30 biljoen – zo veel cellen telt het menselijk lichaam volgens een onderzoek uit 2016.

Zelfs met geavanceerde gentechnologie was het tot voor kort echter niet mogelijk om een volledig overzicht te krijgen over de gigantische wirwar aan lichaamscellen.

De onderzoekers konden óf maar een paar cellen tegelijk onderzoeken, óf kijken welke genen er in totaal actief waren in een orgaan zonder erachter te komen welke cellen in het orgaan wat tot uiting brachten.

Maar nu kunnen we met nieuwe technologie de genactiviteit van elke cel analyseren in een monster met honderdduizenden cellen.

Algoritme spoort nieuwe typen op

Een van de bouwstenen van Human Cell Atlas is single-cell RNA sequencing of scRNA-seq.

Deze techniek is de afgelopen 10 jaar zo geavanceerd geworden dat de onderzoekers in één keer de genactiviteit in elke cel in een weefselmonster kunnen meten.

Cellen krijgen streepjescodes

Met de baanbrekende nieuwe technologie single-cell RNA sequencing kunnen onderzoekers actieve genen van honderdduizenden cellen tegelijk aflezen. En speciale DNA-streepjescodes kunnen elk actief gen herleiden tot een cel.

Als de cellen maar twee of drie genen hadden gehad, was het makkelijk geweest om ze in te delen op basis van de activiteit van de genen.

Maar met ruim 20.000 genen zijn er zo veel combinatiemogelijkheden dat de onderzoekers nieuwe algoritmen nodig hebben die heel veel data aankunnen.

Op basis van de data plaatst het algoritme elke cel in een soort coördinatenstelsel met ruim 20.000 dimensies – voor elk gen één.

En op grond van het activiteitsniveau van de genen krijgt de cel een plek in het stelsel.

Cellen die dicht bij elkaar staan in het stelsel hebben een vergelijkbaar patroon van genactiviteit en behoren tot hetzelfde celtype.

Het algoritme identificeert afgebakende klompen cellen in het coördinatenstelsel en geeft de onderzoekers zo een overzicht over de celtypen die aanwezig zijn in het weefsel.

En dat heeft inmiddels dus geleid tot de ontdekking van diverse nieuwe celtypen en subgroepen van reeds bekende celtypen.

Op naar nieuw soort behandeling

Ed Leins rozenbottelneuron was een van de eerste ontdekkingen van Human Cell Atlas.

In tegenstelling tot veel andere zenuwcellen remt het elektrische signalen in plaats van ze door te geven.

Daarmee bepaalt het mede welke berichten aankomen – een belangrijke functie, die voorkomt dat de hersenen worden overspoeld met onnodige signalen.

Het rozenbottelneuron is echter niet het enige nieuwe celtype dat het project ontdekt heeft, en waarschijnlijk ook niet het meest belangrijke. Die eer valt mogelijk te beurt aan de ionocyten in de longen.

Die brengen hogere niveaus van het gen CFTR tot uitdrukking dan enige andere lichaamscel.

CFTR speelt de hoofdrol bij taaislijmziekte, een genetische aandoening waar wereldwijd meer dan 70.000 mensen aan lijden.

Het gen codeert voor een eiwit dat water en chloride-­ionen de cel in en uit brengt en is betrokken bij de afscheiding van slijm in de longen.

Mensen met een mutatie op dit gen hebben een dikkere laag slijm in de longen plus levensbedreigende ademhalingsproblemen.

84% van de lichaamscellen zijn rode bloedcellen. Toch vormen ze maar 4% van het lichaamsgewicht.
© Shutterstock

Ondanks decennia intensief onderzoek is er nog steeds geen behandeling, maar de ontdekking van de ionocyten biedt hoop.

Lang werd gedacht dat de aanmaak van het CFTR-eiwit was verdeeld over enkele van de bekende luchtwegcellen.

Maar uit de nieuwe ontdekking blijkt dat verreweg het meeste CFTR tot uiting komt in de ionocyten, ook al vormen die maar 1 procent van de luchtwegcellen.

Dat inzicht maakt de weg vrij voor een nieuw soort behandeling. Onderzoekers kunnen zich nu specifiek op de ionocyten richten om de CFTR-activiteit van mensen met taaislijmziekte te normaliseren.

Zwangerschapsraadsel opgelost

Human Cell Atlas houdt zich niet alleen bezig met het zoeken van nieuwe celtypen.

Een van de hoofddoelen is detailkaarten te maken van de cellen in organen en weefsel en erachter te komen hoe ze samenwerken.

Bioloog Aviv Regev van het MIT in de VS is een van de initiatiefnemers van Human Cell Atlas.

© Casey Atkins Photography, courtesy of Broad Institute

Zo is er een onderzoek dat zich richt op het weefsel dat moeder en kind in de eerste weken van de zwangerschap met elkaar verbindt.

Op dat moment hecht de placenta van het embryo zich aan de baarmoeder via de decidua, een slijmlaag die in de baarmoeder wordt gevormd. Tot dusver wisten we weinig over deze laag.

Het was bekend dat cellen van het kind communiceren en zich mengen met cellen van de moeder in de decidua, en dat de laag uiterst belangrijk is in de vroege stadia van de zwangerschap.

Maar hoe de interactie precies verliep, was een raadsel.

Gewoonlijk valt het afweersysteem vreemde cellen aan, maar tijdens de zwangerschap houdt het afweersysteem van de moeder zich koest, ook al dringt er een compleet ander mens haar lichaam binnen.

Nu Human Cell Atlas de decidua in kaart heeft gebracht, komen we meer te weten over de overeenkomsten tussen de cellen van moeder en kind.

38 biljoen bacteriën leven er in je lichaam. De microben wegen echter samen maar ongeveer 200 gram.
© Shutterstock

Er werden circa 70.000 cellen uit de decidua geïnventariseerd. De analyses brachten nieuwe typen cellen aan het licht en legden onbekende verbanden tussen de cellen bloot.

Zo zijn er drie typen afweercellen gevonden die afwijken van overeenkomstige afweercellen in het bloed. Met name een van de nieuwe celtypen lijkt een nauwe relatie te hebben met het kind.

Het vormt eiwitten die de cellen van het kind herkent en geeft stoffen af die andere afweercellen afremmen.

De kaart legt dus een milieu bloot dat is geoptimaliseerd om de reactie van het afweersysteem op de invasie van de embryocellen te remmen.

Die kennis kan van belang zijn voor vrouwen die moeilijk zwanger kunnen worden doordat hun afweercellen het kind afstoten.

Project spoort kankergenen op

De onderzoekers gingen ook op ontdekking in de lever. Dit is een van de belangrijkste organen van het lichaam, dat onder meer gifstoffen ontwapent, het bloed zuivert en de stofwisseling reguleert.

Daarbij is de lever het enige orgaan dat kan regenereren – ook als hij nog maar 25 procent van zijn oorspronkelijke grootte heeft.

Maar hoewel de lever al ruim honderd jaar uitgebreid is onderzocht, wisten sommige cellen ervan zich verborgen te houden.

Tot Human Cell Atlas recentelijk de cellen in het leverweefsel van negen donoren in kaart bracht.

Leverkaart toont nieuwe stamcellen

De onderzoekers tekenden de meest gedetailleerde kaart van de lever ooit. Daardoor kwamen nog onbekende stamcellen aan het licht, en genen die voor de ontwikkeling van leverkanker verantwoordelijk zijn.

Science Photo Library & Claus Lunau

Celtype wordt onderverdeeld

Vrijwel alle bekende celtypen in de lever kunnen nu in subgroepen worden opgedeeld. Zo zijn er van de hepatocyten (rood) drie versies, waarvan er een ammoniak verwijdert en een andere stoffen afbreekt met behulp van zuurstof.

Science Photo Library & Claus Lunau

Stamcel kan ziek weefsel redden

De onderzoekers ontdekten een nog onbekend type cel (rood) in de galwegen van de lever (beige). Dit fungeert als een stamcel en kan diverse typen levercellen ontwikkelen. Mogelijk kan er ziek weefsel mee worden behandeld.

Science Photo Library & Claus Lunau

Lever krioelt van de afweercellen

Het in kaart brengen van de lever leverde drie nieuwe subgroepen op van de zogeheten Kupffer-afweercellen (rode cellen in blauwe bloedvaten). Ze verschillen onder andere van elkaar door de afweerreacties in de lever af te remmen dan wel te versterken.

Claus Lunau

Oorsprong kanker wordt opgespoord

Door gezonde levers en levers met kanker te vergelijken, is ontdekt welke genen precies de ontwikkeling van kanker initiëren (rode tumor). Zo waren genen die gewoonlijk door de stamcellen van de lever worden uitgedrukt actiever.

Science Photo Library & Claus Lunau

De onderzoekers analyseerden meer dan 10.000 cellen. Ze vonden voornamelijk reeds bekende celtypen, maar ook subgroepen van levercellen die de wetenschap nog niet eerder had gezien.

Ze ontdekten bijvoorbeeld een nieuw type cel in de galwegen – een netwerk van wegen dat gal van de lever naar de galblaas brengt.

De cel fungeert als een stamcel en kan zich zowel tot gewone levercellen als tot galwegcellen ontwikkelen.

De onderzoekers keken niet alleen naar gezonde levers, maar ook naar levers met kanker.

Door deze te vergelijken, slaagden ze erin een reeks genen te vinden die ervoor verantwoordelijk zijn dat gezonde levercellen kankercellen worden.

Dat maakt het mogelijk zeer doelgerichte behandelingen te ontwikkelen die leverkanker in een vroeg stadium kunnen afremmen.

Atlas voor nieuwe behandelingen

De meeste ziekten kunnen in wezen worden herleid tot onbedoelde veranderingen op celniveau.

Een complete atlas van de cellen in het lichaam biedt daarom optimale voorwaarden voor het stellen van diagnosen en het ontwikkelen van nieuwe behandelingen.

Nu al zijn de onderzoekers van Human Cell Atlas effectievere behandelingen op het spoor tegen taaislijmziekte, ontstekingsziekten en kanker.

Nu we de ionocyten in de longen kennen en de centrale rol ervan bij taaislijmziekte, zijn gentherapieën denkbaar die zich specifiek richten op de ionocyten en het gemuteerde CFTR-gen ervan corrigeren.

Nieuwe longcel is betrokken bij de aandoening taaislijmziekte.

© Montoro et al./Nature 2018

Bij ontstekingsziekten kunnen, anders dan bij taaislijmziekte, honderden genen betrokken zijn, die elk een bijdrage leveren aan de ziekte.

Veel genen zijn nog onbekend voor de onderzoekers, die niet weten wat ze doen of in welke cellen ze het actiefst zijn.

Daar moet de atlas verandering in brengen. Zo brachten de onderzoekers cellen in kaart in het darmweefsel van gezonde mensen en mensen met inflammatoire darmziekten.

Door die te vergelijken, ontdekten ze een reeks cellen in het zieke weefsel die niet voorkwamen in het gezonde weefsel.

Ook konden ze zien hoe de activiteit van al wel bekende cellen veranderde in het zieke weefsel.

Daarmee hebben de onderzoekers de middelen in handen om behandelingen te ontwikkelen die de zieke cellen weghalen of de genactiviteit ervan herstellen.

Gentherapie gaat longcellen te lijf

Een kaart van de longcellen bracht een nieuw celtype aan het licht: de ionocyt. Die speelt een cruciale rol bij de ongeneeslijke taaislijmziekte. De onderzoekers hopen dat gentherapie gericht tegen ionocyten de behandeling van deze ziekte sterk kan verbeteren.

Ook nieuwe kennis over de genactiviteit van kankercellen heeft de onderzoekers een sterke troef gegeven.

Immunotherapie, die het afweersysteem helpt om kanker te bestrijden, is een veelbelovende behandeling, maar werkt niet bij iedereen – en vaak slechts tijdelijk, totdat de kankercellen resistentie ontwikkelen.

De onderzoekers brachten weefsel met kanker in kaart en ontdekten dat kankercellen die resistent worden tegen immunotherapie een specifiek genetisch programma inschakelen dat ze beschermt tegen de therapie.

Maar nu is er een manier gevonden om de kanker te slim af te zijn, door immunotherapie te combineren met een medicijn dat dit programma uitschakelt.

Lees ook:

Lichaam

Je lichaamstemperatuur is niet meer 37 graden

3 minuten
Lichaam

Moeder en kind delen cellen tijdens de zwangerschap

3 minuten
Bloedsomloop

Je bloedgroep bepaalt hoe gezond je bent

3 minuten

Log in

Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
Toon Verberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!

Reset wachtwoord

Geef je mailadres op, dan krijg je een e-mail met aanwijzingen voor het resetten van je wachtwoord.
Ongeldig e-mailadres

Voer je wachtwoord in

We hebben een mail met een wachtwoord gestuurd naar

Nieuw wachtwoord

Enter a password with at least 6 characters.

Wachtwoord vereist
Toon Verberg