Chip TNT Ohio huid cellen arm

Verschrompelde benen weer tot leven wekken? Hersenbeschadigingen verminderen door zenuwcellen uit de huid te kweken? Een zeer klein chipje dat je maar heel even op je huid hoeft te leggen zou het allemaal kunnen. Is de fascinerende TNT-techniek te mooi om waar te zijn? De Kennis van Nu zocht het grondiger uit.

De afkorting staat momenteel nog bekend als ontploffingsmiddel en een nummer van ACDC. Maar nieuw Amerikaans onderzoek uit Ohio ontwikkelde met TNT (oftewel tissue nano-transfection) een fascinerende techniek waarbij ze met enkel een chipje geschikte cellen voor geneeskundige doeleinden kunnen maken.

Veerle Reumers is Belgisch neurowetenschapper aan de Leuvense onderzoeks- en innovatiehub in nano-elektronica en digitale technologie (IMEC). Ze was niet bij het onderzoek betrokken, maar vindt het Amerikaanse onderzoek echt vernieuwend. “Het toont zeer mooi aan hoe je met nano-technologie het verschil kunt maken in het proberen te genezen van lichaamsweefsels.”

Wat is TNT precies en waar komt ze vandaan? Wetenschappers experimenteren graag met cellen in de hoop meer te weten te komen over hoe ze werken. Met een bepaalde techniek, genaamd elektroporatie, kunnen ze ultrakorte elektrische schokjes aan een cel toedienen en hem daarmee openen. Daarmee zijn wetenschappers ook in staat om zaken aan een cel toe te voegen of juist eruit te verwijderen. Alleen was die elektroporatie nog nooit erg precies.

De Amerikaanse onderzoekers ontwierpen daarom een chip met de grootte van een nagel die veel doeltreffender is. En daar bleef het niet bij. De chip kan tegelijkertijd ook zogenaamde transcriptiefactoren in een cel injecteren. Deze transcriptiefactoren zijn de boodschapjes die ons dna in een cel naar andere celonderdelen stuurt. Zo weet een cel uiteindelijk hoe het zich moet gedragen.

Onderzoekers kunnen die transcriptiefactoren ook namaken. En bepaalde combinaties van transcriptiefactoren kunnen cellen zelfs omvormen naar andere type cellen. In dit geval probeerden de onderzoekers huidcellen uit de achterpoten van een muis te transformeren naar zogenaamde endotheelcellen. De achterpoten van de muis waren namelijk stervende doordat ze geen bloed (met daarin zuurstof) meer kregen. En de endotheelcellen werken de vorming van bloedvaten in de hand. Zo kan nieuw zuurstofrijk bloed het afstervingsproces van de cellen omkeren.

Cellen herstellen elkaar automatisch

Zowel de chip als de celtransformatie lukten allebei wonderwel. Dankzij de schokjes opende de huidcel zich even. En de in de cel geïmmigreerde transcriptiefactoren vormden de huidcel om naar een endotheelcel.

Maar zelfs daar eindigde het geluk van de onderzoekers niet. Ze merkten namelijk dat de chip er op een of andere manier ook voor zorgde dat de geherprogrammeerde cel ook haar buurcellen ging aansporen om zich tot endotheelcellen te herprogrammeren. Zo hoefde lang niet elke cel met transcriptiefactoren geïnjecteerd te worden.

In de afstervende poten van de muis verschenen na een tweetal weken opnieuw bloedvaten. Na drie weken leken de poten van de muis weer hersteld te zijn.

Van huidcellen naar zenuwcellen

Na dit alles bleek er ook nog een dikke kers op de taart te zijn. Bij een tweede experiment gebruikten de onderzoekers dezelfde techniek, maar veranderden ze de types transcriptiefactoren die ze met de chip in een huidcel injecteerden. Dit keer wilden zenuwcellen verkrijgen in plaats van endotheelcellen. In een labschaaltje was dit eerder al gelukt, maar in levende wezens nog niet.

Opnieuw leken de onderzoekers met glans geslaagd in hun opzet. In de huid van een muis met beschadigde hersenen (als gevolg van een beroerte) konden ze met TNT de gewenste zenuwcellen in de huid kweken. Vesikels afgeleid van deze zenuwcellen werden later in de hersenen geïnjecteerd, en de schade in het brein van de muis was minder groot dan in controlemuizen.

Korte voorstelling van de TNT-techniek

Veiligheid voldoende onderzocht?

Het belang van TNT kan groot zijn. Net zoals een mp3-speler verschillende muziekjes kan afspelen, lijkt TNT de wetenschap in staat te stellen om op een uitwendige en gemakkelijke manier die gezonde cellen te geven die je nodig hebt, zolang je maar de juiste combinatie transcriptiefactoren kunt vinden. Meer tijdrovende en vaak risicovollere technieken zoals het gebruik van virussen heb je dan niet meer nodig.

Maar of TNT volledig veilig is moet ook nog blijken. Zo is het nog niet volkomen duidelijk hoe een geherprogrammeerde cel ook andere cellen kan aansteken om zich om te vormen. Omdat het gedeeltelijk in labtesten bevestigd werd, hebben de onderzoekers meer dan een vermoeden dat de andere cellen signaalstoffen opnemen die de geprogrammeerde cel met haar zogenaamde vesikels of blaasjes uitzendt. Het gebruik van die vesikels is een traditionele manier waarop cellen met elkaar communiceren.

Maar volgens Reumers kan die manier van celtransformatie tot problemen leiden. “Uit eerdere onderzoeken, bleek dat cellen die door signaalstoffen omgevormd werden een hoge kans hebben om te leiden tot tumorvorming. Ik ben dus vooral benieuwd naar hoe de muizen het op lange termijn zullen doen.”

Hersenziektes nog niet genezen

Ook andere onzekerheden blijven. Stopt de celtransformatie wel op tijd? Transformeert TNT soms niet per ongeluk cellen die niet omgevormd moesten worden? Botsen de kunstmatige instructies van de transcriptiefactoren niet soms met de instructies die vanuit het dna uit de celkern komen?

Verder is het opvallend dat de beschadigde cellen in beide experimenten het gevolg zijn van zuurstofgebrek. Zijn cellen die op een andere manier beschadigd wel altijd te redden? In ieder geval zou er wel een tijdslimiet zijn. Als de behandeling 72 uur na de beschadiging niet gestart is, zal TNT naar verluidt niet meer werken.

Daarnaast moet TNT ook nog op mensen uitgetest worden. Ook al zijn er voorlopig geen concrete aanwijzingen dat de twee experimenten niet bij mensen zouden werken, de kans dat het bij mensen anders loopt blijft nog bestaan. Misschien reageren mensen- en muizencellen niet altijd op dezelfde transcriptiefactoren, of reageren mensencellen toch op een andere manier op de techniek. 

Ten slotte spreekt het ook voor zich dat afstervende benen herstellen gemakkelijker is dan hersenziektes behandelen. “Bij experimentele behandelingen van de ziekte van Parkinson werden eerder al nieuwe gezonde hersencellen succesvol in het brein van patiënten gebracht”, zegt Reumers. “Met een spectaculaire verbetering van de symptomen tot gevolg, maar daarom nog geen genezing.”

Kortom, er bestaan nog vele vragen en mogelijke valkuilen om TNT op grote schaal bij mensen toe te passen. Maar als nieuwe studies en experimenten enkel nog maar bevestigen wat de Amerikaanse onderzoekers nu schijnbaar hebben gevonden, dan lijkt TNT een grote toekomst tegemoet te gaan.

Ines Kaal droeg bij aan de totstandkoming van dit artikel.