Wondere wetenschapswereld

Stamcellen: duivelsgebroed of goddelijke genezing

Wat zijn stamcellen?

Vooraleer we die vraag kunnen beantwoorden, dienen we eerst kijken hoe een organisme, zoals een mens, zich ontwikkelt van bevruchte eicel tot boorling.
Zoals de meeste wel weten, kunnen cellen zich delen. Eenmaal een eicel bevrucht is en het genetisch materiaal van zowel moeder als vader bij elkaar is gebracht, zal de bevruchte eicel, zygote genaamd, zich delen. Eerst krijg je een hoopje cellen, de morula, bestaande uit 12 tot 32 cellen. Die cellen kunnen nog alle richtingen uit, en zijn dus totipotent. Ze kunnen zich differentieren in alle soorten of types cellen.

1: morula; 2: blastula (figuur: auteur: Pidalka44, http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Blastulation.png)

Een morula zal zich verder ontwikkelen tot een blastula met een 128 cellen aan de buitenzijde die een holte met vloeistof (blastocoel) omringen. In een verder stadium zal die blastula zich verder ontwikkelen tot een gastrula. Op die manier krijg je in het embryo drie lagen: het ectoderm, mesoderm en endoderm. Uit de drie lagen zullen weefsels zich vormen die samen organen en organenstelsels vormen.

1: blastula 2: gastrula (figuur: auteur: Pidalka44, http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Gastrulation.png)

Stamcellen zijn cellen die nog steeds in staat zijn om te delen en zich verder te differencieren in een cel van een bepaald weefseltype (bijvoorbeeld een spiercel, huidcel, ed.). En zijn onder te verdelen in drie groepen: embryonale stamcellen, volwassen stamcellen en navelstrengstamcellen.

De volwassen stamcellen bevinden zich in de weefsels van volwassenen en kunnen zich daar delen om nieuwe cellen te vormen binnen dat weefsel. Die cellen zijn beperkt in de zin dat ze zich maar kunnen omvormen tot een of een aantal weefseltypes.

De embryonale cellen daarentegen zijn cellen die worden genomen uit een blastula en kunnen zich nog differentieren in elk weefseltype.

Gebruik van stamcellen

Door hun eigenschappen nieuwe cellen te vormen en weefsels te kunnen maken, gaat er veel aandacht naar stamcellen aangezien ze nieuwe weefsels kunnen aanmaken. Zo kan men zo een cel gebruiken om daar het DNA (genetisch materiaal) van een ziek persoon in te brengen en weefsel te kweken voor die persoon. Zo zouden ziektes als kanker, parkinson en spierziektes of aandoeningen als verlamming binnenkort te genezen zijn door het kweken van nieuwe weefsels die niet worden afgestoten door het lichaam.
Het probleem is dat de volwassen stamcellen reeds te ontwikkeld zijn om nog te gebruiken. Men heeft dus de embryonale stamcellen van de blastula nodig en dat zorgt voor heel wat opschudding.

embryonale stamcellen van een muis (afbeelding: united state government)

Controverse

Alhoewel deze nieuwe medische methode heel wat ziektes zou kunnen verhelpen bestaat er een grote controverse rond stamcelgebruik. Juist omdat je een levensvatbare embryo (geen foetus dus !) moet gebruiken om cellen aan te ontrekken. Vele geloofsovertuigingen of ethische principes zijn gekant tegen dergelijke methodes en beschouwen het als levensonterend.
Zo heeft in de afgelopen weken in de Verenigde Staten een dergelijke confrontatie plaatsgevonden. Het Amerikaans parlement had een meerderheid, maar geen twee derde, om stamcelonderzoek goed te keuren. De president George W Bush, die zich hard verzet tegen het onderzoek, heeft hierop zijn veto laten gelden.

Recent heeft het witte huis een alternatief voorgesteld, zogezegd gebaseerd op onderzoek van vooraanstaande stamcelwetenschappers. Het rapport van het witte huis beweert dat stamcelonderzoek even goed kan gebeuren op volwassenstamcellen. In de recente uitgave van het tijdschrift Science (19 januari) wordt dat sterk betwist.
Zo klagen Kevin Eggan, Chad Cowan en Douglas Melton, op wiens onderzoek het rapport is opgesteld; dat hun gegevens niet correct werden weergegeven en hun onderzoek de noodzaak van embryonale stamcellen onderstreept.

Wel moet opgemerkt worden dat er van pijn of bewustzijn bij de embryos geen sprake kan zijn aangezien er nog helemaal geen zenuwstelsel is aangemaakt. Niettegenstaande blijft het etisch vraagstuk. Wat is onetischer? Niet bewust leven opofferen om mensen te redden. Of  dood en ziekte beschouwen als natuurlijk en daarvoor geen ander leven opofferen. Ik laat de vraag in het midden.

2007 het jaar van de 'planet hunters'

Planet hunting

De zoektocht naar leven is blijkbaar de nieuwe wedloop na de landing op de maan. Sinds het vinden van de marssteen met mogelijks een oude martiaanse levensvorm heeft die wedloop in de hand gewerkt. Talrijke missies naar mars op zoek naar water en leven komen geregeld in het nieuws. Maar wat met leven buiten ons zonnestelsel? Dat is minder bekend maar misschien meer tot de verbeelding sprekend onderzoek.

Planeten buiten ons zonnestelsel

Misschien had u het niet verwacht, maar er zijn reeds 209 bekende planeten buiten ons zonnestelsel. En er worden er ieder jaar meer ontdekt door wetenschappers die worden omschreven als ‘planet hunters’ (planeetjagers). Het grote doel van hun planetenzoektoch is een planeet vinden die lijkt op onze aarde, een ‘alien earth’.

Het grote probleem om een nieuwe planeet te ontdekken is dat je die planeet met hedendaagse telescopen niet rechtstreeks kunt zien. Het licht dat hun ouderster uitzendt is veel sterker dan dat van de planeet zelf. Het verblindt ons met andere woorden. Je kunt het vergelijken met onze straatverlichting. Wanneer je door de stad loopt zie je amper sterren doordat de straatverlichting feller schijnt dan de sterren. Maar wanneer je op vakantie bent in de Alpen bijvoorbeeld kun je plots de melkweg zien. Datzelfde principe geldt eveneens voor die planeten.

Gelukkig laten die planeten sporen na die we wel kunnen opsporen. Net zoals onze aarde hebben alle planeten een aantrekkingskracht. Die aantrekkingskracht is evenredig met hun massa, zwaardere planeten zullen dus een grotere aantrekkingskracht hebben. De aantrekkingskracht van die planeten zullen een effect hebben op hun ouderster waardoor die lichtjes beweegt. Het is nu net de beweging van de ster die we op aarde kunnen vasstellen doordat die als een verandering in de lichtfrequentie van die ster vast te meten is. De frequentie vertelt ons dus iets over de massa van de planeten in zijn zonnestelsel.   
Het probleem met deze techniek (‘radial velocity’ of RV genaamd) is dat zij voornamelijk planeten met grote massa dicht bij de ster zal weergeven. Zo is de kleinste planeet met deze techniek gevonden al een minimummassa van 7.4 maal onze aarde heeft. Een ander nadeel is dat zij slechts een ruwe schatting van de massa geeft. Toch heeft men met deze techniek reeds 197 planeten gevonden, waarvan de meeste waarschijnlijk gasreuzen zouden zijn (zoals Jupiter bijvoorbeeld) en dus een zeer kleine kans hebben om levensvatbaar te zijn.

Foto van Jupiter, een voorbeeld van een gasreus uit ons eigen zonnestelsel.

(Foto Voyager, NASA)

De ‘nieuwe’ aarde vinden

RV geeft enkel maar de massa van de planeten. We weten dus niets over hun omvang. Hiervoor hebben we ook hun diameter nodig. Zo kan men op basis van massa en omvang hun dichtheid berekenen en bepalen of het gaat om een gasplaneet of een planeet met vaste materialen (zoals onze aarde). Hiervoor heeft men ook een techniek ontwikkeld, de transittechniek. Wanneer een planeet op een lijn komt met tussen de aarde en zijn ouderster dan zal zij een deel van het licht van die ster tegenhouden. Dat is waarneembaar op de aarde. Hoe groter de planeet hoe meer licht er wordt tegengehouden, op basis daarvan kan men dus ook de diameter van de planeet bepalen.
Het nadeel van deze techniek is dat te kleine planeten niet zullen worden waargenomen. Wat ervoor zorgt dat we opnieuw voornamelijk gasreuzen zullen vinden.

afbeelding van onze aarde (Foto NASA)

Een andere methode dan RV en transittechniek is de ‘gravitational microlensing’ (vrij vertaald, het vergroten door gebruik van zwaartekracht als lens). Hiervoor dienen twee sterren op een lijn te staan met de aarde. De zwaartekracht van de voorste ster zal dienen als een soort van lens voor de achtergelegen ster, waardoor het licht dat we van die tweede ster ontvangen sterk versterkt wordt. Hierdoor kunnen we de planeten van de tweede ster direct waarnemen. Met die techniek heeft men de kleinste bekende planeet ontdekt, hij is 5.5 maal groter dan de aarde.
Het nadeel van deze techniek is dat zo’n opleining van twee sterren zelden voorkomt, gemiddeld eenmaal per honderduizend jaar per ster.

Leven?

Mocht men eenmaal een analoge aarde vinden is de mogelijkheid tot leven nog een heel andere stap. Hiervoor dient men een spectrumanalyse te doen van het licht van die planeet. Het spectrum is het geheel aan frequenties die het licht bevat. Om het eenvoudig te stellen staat iedere frequentie voor een afzonderlijke chemische stof. Door het spectrum van de ster (waargenomen als de planeet verborgen is voor ons) af te trekken van het totaal spectrum van de ster en zijn planeten kan men het spectrum van de planeet bepalen. Hierdoor kan men de samenstelling van deze planeet nagaan. Alhoewel deze methode vrij ruw is, kan ze ons toch nuttige informatie verlenen over de aanwezigheid van een atmosfeer en waaruit deze is opgebouwd, misschien over de aanwezigheid van water en andere componenten die leven mogelijk maken.

2007 en de toekomst.

Men heeft grote verwachtingen voor het jaar 2007. Dat heeft te maken met twee grote projecten.
Het eerste is het nieuwe Europese ruimtevaartuig de COROT dat gelanceerd werd in 27 december 2006. Hij zal gedurende 300 dagen het heelal afspeuren en preciezere lichtmetingen van sterren uitvoeren. Op basis daarvan hoopt men kleinere planeten te ontdekken via de RV en transitmethode. In 2008 zal het NASA ruimtetuig Kepler gelanceerd worden die gedurende 4 jaar hetzelfde zal doen.
Het tweede project is zelfs ambitieuzer. Men heeft 50 miljoen sterren opgevolgd en een lijst gemaakt voor de volgende oplijningen van twee sterren. Die zullen gemeld worden aan ‘planet hunters’ zodat zij via de ‘gravitational microlensing’ techniek op zoek kunnen gaan naar nieuwe planeten.

Het nieuwe jaar zullen we dus zeer verwachtvol kunnen inzetten in midden 2007 worden de eerste resultaten van de COROT missie verwacht. Misschien zal 2007 de geschiedenis wel ingaan als het jaar van de ontdekking van de nieuwe aarde.