Biomedisch technologen uit Maastricht hebben een nieuwe manier gevonden om menselijke eeneiige tweelingembryo’s te kweken uit stamcellen. Hierdoor kunnen onderzoekers beter begrijpen hoe deze tweelingen ontstaan, en hoe ze tweelingzwangerschappen mogelijk kunnen voorkomen.
Biomedisch ingenieur Erik Vrij en zijn collega’s van Universiteit Maastricht hebben zogeheten monochoriale eeneiige tweelingembryo’s gecreëerd in een lab uit stamcellen. Zo kunnen zij voor het eerst bestuderen hoe eeneiige tweelingen precies tot stand komen.
Monochoriale tweelingen
Eeneiige tweelingen ontstaan doordat een bevruchte eicel zich splitst in een vroeg stadium van de ontwikkeling. In sommige gevallen gebeurt dit pas na het ontstaan van de cellen die de placenta gaan vormen. In dat geval spreken embryologen van monochoriale eeneiige tweelingen. Deze tweelingen delen tijdens de zwangerschap een placenta.
Kunnen fagen helpen in de strijd tegen antibioticaresistentie?
Faagtherapie kan de toegenomen antibioticaresistentie het hoofd bieden. Deze kleine virussen kunnen specifieke bacteriën doden.
Zo’n 0,8 procent van alle kinderen die geboren zijn uit natuurlijke conceptie is een monochoriale tweeling. Bij zwangerschappen door in-vitrofertilisatie (ivf) ligt het percentage hoger. Daarbij is 1,88 procent een monochoriale tweeling.
Hoe tweelingen precies ontstaan is nog onbekend. ‘Je kunt niet in een zwangere vrouw kijken om dit te onderzoeken’, zegt Vrij. ‘We kunnen wel zogeheten restembryo’s gebruiken (die bijvoorbeeld overblijven bij ivf-behandelingen, red.), maar dan heb je er misschien maar een stuk of tien. Daar kun je geen goede statistische analyse op uitvoeren. Al helemaal niet voor onderzoek naar eeneiige tweelingen, want die komen in maar weinig gevallen voor’.
Om die reden probeerden Vrij en zijn collega’s zelf monochoriale tweelingembryo’s te kweken. Daarvoor gebruikten ze geen spermacellen en eicellen, maar stamcellen. In dit geval waren dat met name cellen van een volwassen vrouw die terug-geprogrammeerd zijn naar een vroegere embryonale versie van zichzelf. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Materials.
Synthetische tweelingen
Om de embryo-modellen te kweken, zaaide het team allereerst de stamcellen over een microplaat. Dat is een plastic bakje met daarin heel veel putjes, zogeheten welletjes, waarin de cellen kunnen groeien. Vervolgens voegden ze verschillende stoffen toe om de groei van de cellen te stimuleren. Daardoor vormden de cellen synthetische versies van zogeheten blastocysten.
Een blastocyste is een blaasje met daarin het klompje cellen dat uiteindelijk de foetus zal vormen. De meeste gekweekte blastocysten waren eenlingen, maar een klein deel daarvan vormde al monochoriale tweelingen. Het klompje cellen dat – in een echt embryo – de foetus zou gaan vormen, was bij deze namaak-blastocysten namelijk gesplitst.
De onderzoekers herhaalden dit proces meerdere keren. Ze zochten naar de perfecte combinatie signaalstoffen en condities om het aandeel monochoriale blastocysten te verhogen. Uiteindelijk vonden ze een methode waarbij gemiddeld 18 procent van de gekweekte blastocysten een monochoriale tweeling vormt.
Tijdens het onderzoek zag het team ook hoe de synthetische tweelingen ontstonden. Dit proces was hiervoor nog onbekend, ook bij echte mensentweelingen. We zagen dat het blastocyste-blaasje zich volpompt met vloeistof, zegt Vrij. Daardoor zet het uit. ‘Als dat blaasje uitzet, dan trekt dat het klompje cellen dat erin geplakt zit uit elkaar. Zo eindig je met een blaasje met daarin twee losse klompjes cellen’.
Black box
‘Dit onderzoek past bij een veel bredere ontwikkeling die binnen de voortplantingsgeneeskunde gaande is’, zegt klinisch embryoloog Sebastiaan Mastenbroek van Amsterdam UMC, die niet betrokken was bij het onderzoek.
Tot op heden was het voor onderzoekers namelijk bijna onmogelijk om de vroege embryonale ontwikkeling van mensen te bestuderen. ‘In de voortplantingsgeneeskunde noemen we dit de black box van de vroege menselijke ontwikkeling’, zegt Mastenbroek. Embryo-modellen, zoals de synthetische tweelingen van Vrij en zijn team, geven nu toegang tot een proces dat tot enkele jaren geleden nog zo goed als onzichtbaar was. ‘Door de ontwikkeling van nieuwe kweeksystemen en embryo-modellen gaat die black box eindelijk open’, zegt Mastenbroek.
Vrij en zijn team hopen dat hun model meer zal onthullen over het ontstaan van monochoriale tweelingen. ‘Waar we vooral in geïnteresseerd zijn, zijn de moleculaire routes op celniveau’, zegt Vrij. ‘Met allerlei nieuwe technieken kunnen we nu meten wat de moleculaire communicatie is tussen cellen en binnen de cellen. Dat biedt vaak aankooppunten voor nieuwe medicijnen.’
Met deze kennis kunnen onderzoekers mogelijk ook leren hoe ze een tweelingzwangerschap kunnen voorkomen, of vroegtijdig herkennen. ‘Eeneiige tweelingvorming is een heel mooi fenomeen, maar het brengt ook veel complicaties met zich mee’, zegt Vrij. Zo hebben tweelingzwangerschappen een grotere kans op miskraam of ziekte bij zowel de kinderen als de moeder.
‘We willen natuurlijk niet eeneiige tweelingen voorkomen die op een natuurlijke manier ontstaan. Maar tijdens een ivf-traject zou je bijvoorbeeld de vrouw de keuze kunnen geven of ze dit wil of niet’, zegt Vrij.
