Bloed uit het lab

Zeldzaam bloed

Dat bloed is namelijk moeilijk te verkrijgen. Terwijl mensen die afhankelijk zijn van regelmatige bloedtransfusies, zoals mensen met sikkelcelanemie, dat bloed hard nodig hebben. “Op een bepaald moment hebben zij tegen zoveel bloedgroepen afweerreacties dat ze vrijwel geen donorbloed meer kunnen ontvangen”, legt onderzoeker Emile van den Akker uit.

Als het bloed van donor en ontvanger niet precies overeenkomt, stoot het lichaam het bloed af en mislukt de transfusie. Die overeenkomst gaat verder dan de bekende A-, B-, AB- en O-bloedgroepen. Hoe genetisch diverser een populatie is, hoe verschillender de bloedgroepen zijn. De Haan: “In Europa zijn we bloedgroeptechnisch gezien redelijk ingeteeld: er is weinig diversiteit. Afrika kent een veel grotere diversiteit aan bloedgroepen.”

En juist onder mensen met een Afrikaanse migratieachtergrond komen bloedziektes als sikkelcelanemie regelmatig voor. Bij deze erfelijke ziekte zijn de rode bloedcellen vervormd; ze zien eruit als een halve maan. Sikkelcellen kunnen minder goed zuurstof vervoeren en worden sneller afgebroken dan gezonde rode bloedcellen. Hierdoor hebben sikkelcelpatiënten chronische bloedarmoede en hebben patiënten soms bloedstransfusies nodig.

En dat is niet altijd makkelijk. “Sommige bloedgroepen die in Afrika veel voorkomen, zijn hier zo zeldzaam dat er per bloedgroep misschien tien mensen in ons land wonen. Dan moet daar maar net een donor bij zitten”, zegt De Haan.
Het ingewikkelde is dat Sanquin vanwege privacywetgeving de genetische achtergrond van donoren niet mag onderzoeken. Daardoor weten ze niet goed of de donorpopulatie wel een afspiegeling is van de patiëntenpopulatie. En als je niet weet wat ontbreekt, weet je ook niet onder welke groepen je nog specifiek moet werven.

Zakje hemoglobine

Om bloed te maken, gebruikt het lab van Van den Akker gedoneerd bloed. Daar filteren ze bloedvormende voorlopercellen uit. Vervolgens stimuleren de onderzoekers die cellen om uit te groeien tot rode bloedcellen; de platte cellen zonder kern die zuurstof en koolstofdioxide in ons lichaam vervoeren. “Momenteel kijken we of dit proces ook in bioreactoren lukt, zodat we grotere hoeveelheden in één keer kunnen produceren”, zegt Van den Akker.

In november startten Engelse onderzoekers een klinische studie waarbij ze vrijwilligers kleine beetjes in het lab gemaakt bloed geven (5 tot 10 ml). Die bloedcellen zijn gemaakt uit bloedvormende stamcellen. De vrijwilligers krijgen twee keer een donatie, met vier maanden ertussen. De eerste twee vrijwilligers hebben het bloed al ontvangen. Uiteindelijk hopen de onderzoekers tien mensen te vinden die mee willen doen. De rode bloedcellen zijn gemarkeerd met een radioactieve stof zodat de wetenschappers kunnen zien hoe lang de cellen overleven.

Bloed uit een bioreactor heeft een aantal voordelen. Ten eerste heb je minder gedoneerd bloed nodig. Uit een beetje bloed kunnen de wetenschappers al grote hoeveelheden bloed kweken. Ten tweede is het gevaar op besmettingen kleiner. Nu is het zo dat al het bloed dat donoren bij een bloedbank doneren, getest moet worden op infectieziektes. “We testen nu 800 duizend losse zakjes per jaar. In het lab hoef je alleen je startmateriaal in het lab te screenen op bepaalde door bloed overdraagbare ziekten, zoals westnijlvirus, HIV en hepatitis B (HBV)”, zegt Van den Akker.

Daarbij komt dat rode bloedcellen normaal ongeveer 120 dagen in leven blijven. In normaal donorbloed zit een mix van oude en nieuwe bloedcellen, terwijl in het laboratorium gekweekt bloed allemaal vers is gemaakt en dus de volledige 120 dagen zou moeten meegaan. “In principe zouden mensen dus minder frequent een transfusie nodig hebben als het bloed uit het lab komt”, zegt Van den Akker.

Nog een voordeel is dat rode bloedcellen niet kunnen ontsporen door mutaties, ze bevatten namelijk geen celkern en geen DNA. “Meer dan een zakje hemoglobine is het eigenlijk niet”, zegt De Haan.

Maar er zijn ook flinke financiële en technische uitdagingen. Het kweken van bloed is voorlopig nog duurder dan de gemiddelde kosten voor normale bloeddonatie. “Het is lastig om te concurreren met vrijwilligers”, zegt Van den Akker. De onderzoekers denken dat deze kosten naar beneden gaan als de technologie wordt opgeschaald. Hoe ze dat het beste kunnen doen, zoeken ze met de TU Delft uit.

Black box

Sanquin geeft haar labbloed nog niet aan patiënten. De wetenschappers wachten namelijk tot ze nog een stap verder kunnen gaan. “Onze stip op de horizon is om vrijwilligers bloed te geven dat we maken uit pluripotente stamcellen”, zegt De Haan. Het grote voordeel van die aanpak is dat een stamcellijn van pluripotente stamcellen eeuwig kan blijven leven. Je hebt dus maar eenmalig een aantal donoren nodig. “Om 95 procent van de bevolking van bloed te voorzien, heb je maximaal acht donoren nodig”, zegt Van den Akker. “Nu zijn dat er 400.000.”

Om pluripotente stamcellen te maken, doneren vrijwilligers bloed. Daarin zitten onder andere erythroblasten, de voorlopercellen van rode bloedcellen. Door die te stimuleren met bepaalde eiwitten ontstaan pluripotente stamcellen. En daarvan maken de onderzoekers vervolgens bloedvormende stamcellen. Pluripotente stamcellen kunnen nog tot alle celtypen ontwikkelen. Bloedvormende stamcellen ontwikkelen tot, de naam zegt het al, verschillende soorten bloedcellen.

De eerste stap in dat proces is om de pluripotente stamcellen uit te laten groeien tot mesoderm, legt van den Akker uit. Die stapt lukt al. Mesoderm is een van de drie embryonale kiemlagen waaruit tijdens de embryonale ontwikkeling spieren, bindweefsel, voortplantingsorganen en de nieren ontstaan. “Door groeifactoren toe te voegen, ontstaat na ongeveer een week een 3D-structuur.” Het is een embryomodel, net als de gastruloïde. De onderzoekers noemen het een hematopoëtische organoïde; letterlijk vertaald een bloedvormend orgaan-achtige structuur.

In die 3D-structuur zitten allerlei cellen. Maar: “het is nog een black box voor ons”, zegt promovendus Liza Dijkhuis terwijl ze een schaaltje uit de labkoelkast haalt. Ze heeft me meegenomen naar het lab en plaatst het schaaltje onder een microscoop. Nadat ze het beeld heeft scherpgesteld, zien we een microscopisch plaatje van de organoïde. Naast een grotere donkere vlek zijn allerlei witte vlekjes te zien, met hier en daar wat zwarte puntjes. “Door die donkere vlek weten we dat het meerdere cellagen op elkaar zijn, en dus een 3D-structuur”, legt Dijkhuis uit. “We weten nog niet precies welke celsoorten er allemaal in zitten en hoe ze elkaar beïnvloeden.”

Duidelijk is al wel dat verschillende soorten bloedcellen aanwezig zijn. Daardoor hebben de onderzoekers een sterk vermoeden dat er ook bloedvormende stamcellen in de black box zitten. “Die bloedcellen ontstaan namelijk allemaal uit bloedvormende stamcellen. Maar we moeten hun aanwezigheid nog wel bewijzen.”

Als dat gelukt is, zijn er naast technische uitdagingen ook nog veel ethische vragen te beantwoorden. Een relevante vraag is volgens De Haan welke rechten de acht donoren zullen hebben die de cellen doneren waarmee de Sanquin-onderzoekers in de toekomst een onsterfelijke stamcellijn willen ontwikkelen. “De wet- en regelgeving is best ingewikkeld”, zegt Sanquin-onderzoeker Marten Hansen. “Wat als iemand zijn toestemming intrekt op de dag dat een aantal transfusies gepland staan? Dan gaan alle transfusies met bloed afkomstig van die cellijn niet door. Hoe kunnen we er voor donoren zijn, maar ook voor patiënten? Waarschijnlijk krijgen mensen de optie om zich tot een bepaalde tijd terug te mogen trekken.”

“Ik ben heel benieuwd hoe mensen tegen bloed uit het lab aankijken”, zegt Emile van den Akker. “Zullen ze dat accepteren? Het zijn interessante aspecten waar we mee te maken krijgen in de toekomst.”