- Stamcellen maken game-changing behandelingen mogelijk
- Onderzoekers creëren de eerste levende robots ter wereld
- Wetenschappers voorspellen de toekomst van xenobots
- De ethiek van ‘levende programmeerbare organismen’
- De toekomst van medisch onderzoek ziet er rooskleurig uit
Nog geen eeuw geleden stierven mensen nog aan ziekten die we vandaag gemakkelijk kunnen behandelen, zoals de griep of longontsteking. Maar ondanks de vele ontwikkelingen in de geneeskunde die het gevaar van deze en andere ziekten aanzienlijk hebben teruggedrongen, hebben wetenschappers nog steeds geen oplossingen voor levensbedreigende ziekten als kanker of multiple sclerose. Nu lijken stamcellen, die in bijna elke cel kunnen worden omgezet, mogelijk het antwoord te zijn op een aantal van de ernstigste gezondheidsuitdagingen van dit moment.
Zo kunnen patiënten met geavanceerde droge maculadegeneratie (droge AMD) binnenkort bijvoorbeeld een behandeling krijgen waarbij gespecialiseerde stamcellen in het oog worden geïnjecteerd om beschadigde netvlies-epitheelcellen te repareren en blindheid te voorkomen. De brede toepassingen voor het gebruik van stamcellen in medische behandelingen worden verder benadrukt door de gestage groei van de wereldwijde stamcellenmarkt, waarvan de waarde tegen 2026 naar verwachting bijna $13 miljard zal bereiken, een enorme stijging vergeleken met 2018, toen de waarde van deze markt nog $5,9 miljard bedroeg, aldus Kenneth Research.
Amerikaanse onderzoekers zijn nog een stap verder gegaan en hebben met behulp van de stamcellen van de Xenopus laevis-kikker onlangs de allereerste levende xenobots gecreëerd. Deze biorobots zijn ontworpen door een computeralgoritme, kunnen zichzelf genezen en vertegenwoordigen daarmee een volledig nieuwe levensvorm. Xenobots zijn een brug tussen een computer en een biologisch wezen en brengen ons dichterbij een wereld waarin tumoren en aangeboren afwijkingen niet meer bestaan.
Stamcellen maken game-changing behandelingen mogelijk
Door stamcelonderzoek te combineren met genbewerking kunnen artsen echt revolutionaire behandelmethoden ontwikkelen. Een experimentele behandeling van sikkelcelanemie bestaat bijvoorbeeld uit het nemen van een kleine hoeveelheid hematopoëtische stamcellen van een patiënt – beenmergcellen die rode bloedcellen produceren – waarna de gemuteerde genen in de cellen door gezonde genkopieën worden vervangen. Vervolgens worden deze gemodificeerde cellen teruggeplaatst in de patiënt, waar ze zich kunnen verspreiden in het beenmerg en gezonde rode bloedcellen kunnen produceren. Wetenschappers hebben met het gebruik van stamcellen bovendien organoïden weten te creëren, vereenvoudigde versies van organen als de hersenen of nieren, die enkele kenmerken van het originele orgaan bevatten. Deze organoïden kunnen gebruikt worden om medicatie te testen, waardoor men betere voorspellingen kan doen over hoe een volledig, echt orgaan hierop zou reageren.
Onderzoekers van de University of Pennsylvania zijn bezig om met gebruik van stamcellen organoïde hersenen te creëren ter grootte van een erwt. Deze hebben de kenmerken van menselijke hersenen en kunnen gebruikt worden bij onderzoek om te bepalen hoe een volledig brein zou reageren op een bepaalde behandeling. In het geval van een hersentumor, is een operatie bijvoorbeeld meestal de eerste behandelmethode, gevolgd door bestraling of chemotherapie. Als deze behandelingen falen, moeten artsen een biopt nemen van de tumor zelf om door middel van genetisch onderzoek verdere mogelijke behandelingen te bepalen. Met het gebruik van organoïden kunnen artsen stamcellen van de tumor van een patiënt gebruiken en deze in een mini-brein laten groeien en in een muis implanteren om de reactie op verschillende behandelingen te testen.
Ondanks de beloften die de toekomst van stamcelbehandelingen in petto heeft, worden deze momenteel alleen gebruikt om een aantal bloedziekten te behandelen, huid te produceren voor transplantaties en beschadigde hoornvliezen te repareren. Voordat ze officieel als behandeling worden goedgekeurd, moeten stamcellen grondige klinische proeven ondergaan om te bepalen of ze veilig, effectief en superieur zijn aan bestaande therapieën.
Onderzoekers creëren de eerste levende robots ter wereld
Stamcelonderzoek stopt niet bij genbewerking of organoïden. Een team van Amerikaanse onderzoekers aan Tufts University, University of Vermont en Harvard Wyss Institute, gefinancierd door het Amerikaanse Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA), hebben xenobots ontwikkeld – levende miniatuurrobots – met behulp van stamcellen van de Xenopus laevis-kikker. Het meest succesvolle prototype heeft twee korte poten waarmee het zichzelf voortstuwt en een opening in een andere xenobot werd omgevormd tot een buidel voor miniatuur-‘ladingen’. Michael Levin, de directeur van het Allen Discovery Center aan Tufts University, vertelt: “Dit zijn volledig nieuwe levensvormen. Ze hebben nooit eerder op aarde bestaan”.
Xenobots zijn niet groter dan 1 millimeter en zijn gecreëerd door een evolutionair KI-algoritme dat eerst willekeurig 3D-configuraties van huid- en hartcellen heeft gegenereerd. Vervolgens werden de creaties virtueel getest en degenen met de beste resultaten werden gebruikt om meer ontwerpen te creëren. Een ontwerp met hartcellen werd bijvoorbeeld getest om te zien hoe ver het zou kunnen voortbewegen door continu samen te trekken en te ontspannen. De onderzoekers beschrijven het eindproduct als “een levende, 3D-benadering van het ontwikkelde ontwerp, dat het vermogen heeft om zichzelf gedurende een periode van dagen of weken zonder extra voedingsstoffen te verplaatsen en een vloeibare omgeving te verkennen”. Omdat de xenobots cellen van kikkers bevatten die hun hele leven in aquatische omgevingen doorbrengen, werden ook de bots in water geplaatst waar de onderzoekers verschillende gedragspatronen observeerden. Sommige xenobots bewogen in rechte lijnen, sommige in cirkels en weer andere werkten samen en bewogen zich in groepsverband voort.
Wetenschappers voorspellen de toekomst van xenobots
Het is moeilijk om precies te bepalen hoe xenobots in de toekomst zullen worden gebruikt, maar “men zich zou kunnen voorstellen dat dergelijke biobots (gemaakt met de cellen van de patiënt) ingezet zouden kunnen worden om dichtgeslibde vaatwanden schoon te maken, kanker te identificeren of ziektelocaties in het lichaam te managen”, aldus de wetenschappers. ”Omdat het programmeerbare organismen zijn, zijn er enorm veel potentiële mogelijkheden. Momenteel zijn het nog miniatuurrobots, maar het onderzoeksteam is van plan ze op te schalen en ze uiteindelijk te creëren met zenuwstelsels, sensorische cellen en bloedvaten.
Naast assisteren bij praktische taken die het dagelijks leven kunnen verbeteren, kunnen xenobots ons ook helpen meer te weten te komen over celbiologie en de menselijke gezondheid. Als wetenschappers organen of andere biologische vormen kunnen creëren, zouden ze tumoren kunnen veranderen in gezond weefsel, veroudering kunnen stopzetten of aangeboren afwijkingen kunnen herstellen. Hoewel sommigen vinden dat de wetenschap met deze ontwikkelingen misschien te ver gaat, zeggen de onderzoekers die de xenobots hebben ontwikkeld dat we ons geen zorgen hoeven te maken. De robots krijgen precies genoeg lipiden en eiwitten toegediend om hooguit een week in leven te blijven. Bovendien kunnen ze niet evolueren of zichzelf reproduceren, dus het onderzoeksteam heeft de biobots naar eigen zeggen volledig onder controle.
De ethiek van ‘levende programmeerbare organismen’
Sam Kriegman, een promovendus van de University of Vermont en lid van het onderzoeksteam, geeft toe dat het project ethische vragen oproept, vooral als toekomstige versies van de xenobots zenuwsystemen of cognitieve vaardigheden krijgen. Het antwoord ligt in het openbaar houden van het project, zodat er ook een dialoog tussen beleidsmakers en de bredere samenleving kan plaatsvinden. En degenen die zich zorgen maken dat xenobots een robotopstand zouden kunnen veroorzaken, hoeven alleen maar een video van deze wezens te bekijken om zich de onwaarschijnlijkheid van dit scenario te realiseren.
Thomas Douglas, een senior onderzoeker bij het Oxford Uehiro Centre for Practical Ethics, heeft ook vragen over de morele status van de robots. Zijn het machines? Zijn het levende wezens die op een gegeven moment ook een soort bescherming of rechten nodig hebben? Douglas vindt dat ze alleen ethisch moeten worden behandeld als toekomstige variaties neuraal weefsel bevatten waarmee ze bijvoorbeeld pijn kunnen ervaren.
De toekomst van medisch onderzoek ziet er rooskleurig uit
Stamcelbehandelingen zijn revolutionair in die zin dat ze niet alleen symptomen van ziekten kunnen bestrijden maar ook de oorzaak ervan kunnen wegnemen. Wetenschappers kunnen levende xenobots gemaakt van dierlijke stamcellen gebruiken om efficiëntere klinische proeven uit te voeren en met grotere nauwkeurigheid de best mogelijke behandeling voor een patiënt te bepalen. Dit is voor mensen die lijden aan levensbedreigende ziekten als kanker van het grootste belang. Hoewel het nog niet bekend is waarvoor levende programmeerbare organismen precies zullen worden gebruikt, wijst het bestaan ervan op medische doorbraken die op een dag een wereld mogelijk maken waarin ongeneeslijke ziekten niet meer voorkomen.
