In het vruchtwater van een zwangere vrouw zitten miljoenen cellen van de foetus. Die zijn afkomstig van bijvoorbeeld de huid of de darmen van de ongeboren baby. Het merendeel van de vruchtwatercellen is afkomstig van de longen en de nieren van de foetus. Wanneer er bij een echografie een vermoeden is van een aangeboren afwijking, biedt de arts meestal een vruchtwaterpunctie aan. Vandaag worden die cellen uit het vruchtwater getest op de aanwezigheid van genetische afwijkingen. Onderzoekers van KU Leuven, UZ Leuven en het Great Ormond Street Hospital for Sick Children in London hebben nu echter aangetoond dat vruchtwatercellen ook kunnen gebruikt worden om de functie van organen na de geboorte te voorspellen.
De onderzoekers gebruikten de cellen uit het vruchtwater om er in een kweekschaal drie-dimensionale celculturen, ook organoïden genoemd, van te maken. Organoïden zijn een soort van mini-organen die zowel de structuur als de functie kunnen nabootsen van de organen waarvan ze afkomstig zijn. Organoïden van kinderen en volwassen worden vandaag al in laboratoria gebruikt als model om ziekteprocessen na te bootsen, ze beter te begrijpen en er behandelingen op te testen. Nu werden voor organoïden gemaakt van foetale cellen uit het vruchtwater. Dat gebeurde voor het eerst op een rechtstreekse manier, dus zonder de cellen te herprogrammeren.
Het in Nature Medicine gepubliceerde werk bevestigt de hypothese van de onderzoekers dat van de foetus afkomstige cellen blijkbaar nog de kracht hebben om zich om te vormen tot mini-organen, die zowel de structuur als de functie van de oorspronkelijke organen kunnen nabootsen. Dat konden ze aantonen voor foetale cellen afkomstig van de nieren, de darmen en in het bijzonder van de longen.
Prenatale test voor orgaanfuncties foetus
In een volgende stap kweekten de onderzoekers long-organoïden uit het vruchtwater van foetussen die abnormaal kleine longen hadden door een middenrifdefect (hernia diafragmatica). Een middenrifdefect is fataal bij een op de drie baby’s met die aangeboren afwijking. Vandaag voorspellen artsen het verloop van de aandoening na de geboorte door de grootte van de longen op te meten. Het nu gepubliceerde onderzoek toont aan dat de gekweekte long-organoïden uit het vruchtwater de aangeboren afwijking nabootsen. Meer nog: de organoïden bleken ook de ernst van de aandoening na te bootsen. Als die bevindingen bij grotere groepen patiënten kunnen bevestigd worden, betekent het dat artsen voor het eerst over een prenatale test zouden beschikken om bepaalde orgaanfuncties bij een ongeboren baby te voorspellen. Verder willen de onderzoekers de organoïden ook gebruiken om bijvoorbeeld al voor de geboorte medicatie uit te testen, zodat de baby na de geboorte snel de meest efficiënte medicatie kan krijgen.
Prof. dr. Jan Deprest, foetaal chirurg in UZ Leuven: “Met de organoïden uit het vruchtwater kunnen we in een kweekschaaltje kijken hoe de cellen van de ongeboren baby zullen reageren na de geboorte. Dat is zeer nuttige informatie voor ouders van een ongeboren baby met een longaandoening. Twintig weken voor de geboorte kunnen we zo de longfunctie van de baby voorspellen. We konden tot nu toe al een inschatting maken van hoe groot de longen zouden zijn door ze te meten. Nu kunnen we ook voorspellen hoe de longen zich na de geboorte zullen gedragen en dus hoe ernstig de longaandoening zal zijn. Dat is een doorslaggevende factor als er door de ouders beslissingen genomen moeten worden. Bijvoorbeeld of het zinvol is om een operatie in de baarmoeder uit voeren, wat altijd een risico inhoudt. Dankzij de mogelijkheid om medicatie op gekweekte organoïden te testen, kan er ook onderzoek opstarten naar een behandeling met geneesmiddelen bij ongeboren baby's met onderontwikkelde longen."
"Nu kunnen we voorspellen hoe de longen zich na de geboorte zullen gedragen"
prof. dr. Jan Deprest
Prof. dr. Mattia Gerli, professor stamcelwetenschappen en hoofdauteur van de studie (University College London): “De organoïden die we kweekten uit vruchtwatercellen vertonen een aantal functies van de weefsels waarvan ze afkomstig zijn, bijvoorbeeld op het vlak van gen- en eiwitexpressie. Daardoor kunnen we voor het eerst bestuderen wat er gebeurt tijdens de ontwikkeling van een foetus, zowel bij gezonde als zieke baby’s. We weten eigenlijk nog maar weinig over het latere stadium van menselijke zwangerschap, dus het is ontzettend boeiend om nieuwe domeinen van prenatale geneeskunde te verkennen.”
Prof. dr. Paolo de Coppi, pediatisch chirurg (Great Ormond Street Hospital for Children): “Deze ontdekking is een enorme stap voorwaarts in de foetale geneeskunde. Een diagnose gebeurt normaal op basis van MRI-beelden, echo of genetische analyse. Het is voor artsen vaak moeilijk om aan ouders van een ongeboren kindje met een afwijking iets te vertellen over de kansen van een operatie of behandeling. Ook vandaag blijft dat moeilijk, maar de mogelijkheid om prenatale organoiden functioneel te kunnen bestuderen, is een eerste stap naar een meer gedetailleerde prognose in de toekomst en hopelijk naar meer succesvolle behandelingen.”
De studie Single cell-guided prenatal derivation of primary fetal epithelial organoids from human amniotic and tracheal fluids is gepubliceerd in Nature Medicine.
Long-organoïden
Over de onderzoeksgroep
De bijzondere interesse voor aangeboren longafwijkingen en de mogelijkheid om de functie voor de geboorte accuraat te voorspellen, sluit aan bij een speerpunt van de onderzoeksgroep foetale chirurgie in UZ Leuven. In het universitaire ziekenhuis is namelijk een operatietechniek ontwikkeld om bij foetussen met een middenrifdefect en zeer kleine longen de groei van de longen nog voor de geboorte te versnellen. Vorig jaar toonden onderzoekers nog aan dat dergelijke foetale operatie de overlevingskansen van de baby verdubbelt. Omdat er ook bijwerkingen zijn, is elke nieuwe methode die de te verwachten uitkomst accurater kan voorspellen, welkom.
De samenwerking tussen KU Leuven, UZ Leuven en de onderzoeksgroep van het Great Ormond Street Hospital loopt al zes jaar. De groepen hebben zowel in Leuven als in London een klinisch foetaal chirurgieprogramma, maar ook een stevig onderzoeksprogramma. De onderzoekers uit Londen konden eerder ook als eersten stamcellen uit menselijk vruchtwater isoleren en op reproduceerbare manier kweken.
Opgelet Een doorbraak in onderzoek is niet hetzelfde als een doorbraak in de klinische geneeskunde. Deze studie is een proof-of-concept met veelbelovende resultaten, maar meer onderzoek zal nodig zijn vooraleer deze ontdekking kan geïntegreerd worden in de dagelijkse praktijk van het ziekenhuis.