Biomedische doorbraken in 2016

De traditionele toptien van wetenschappelijke doorbraken in Science wordt aangevoerd door de ontdekking van zwaartekrachtgolven, maar kent ook vier biomedische stappen voorwaarts. Hoewel drie van de vier het lab nog nauwelijks ontgroeid zijn.

De eerste doorbraak is de vondst dat verwijdering van zogeheten ‘senescent cells’ bij muizen het leven van de dieren met ruim 20 procent verlengt. Bovendien bleven ze langer vitaal en nieuwsgierig, kregen ze minder kanker, en hun nier-, hart- en vetweefsel bleef langer gezond. Het DNA van deze ‘verouderingscellen’ of ‘sluimercellen’ is zwaar beschadigd: ze delen niet meer, maar ontsnappen ook aan geprogrammeerde celdood (apoptose). De cellen veroorzaken ontstekingen, wekken dus afweerreacties op en dragen zo bij aan de veroudering.

Het betreffende onderzoek verscheen in januari 2016; in oktober lieten dezelfde onderzoekers zien dat het opruimen van de bewuste cellen bij muizen met een hoog vetgehalte in het dieet leidde tot een afname van arterosclerose met 60 procent.

De weg naar toepassing bij mensen is nog lang. In beide experimenten ging het om genetisch gemanipuleerde muizen waarbij de ‘senescente cellen’ medicinaal werden weggenomen. Maar er zijn inmiddels medicijnen in de maak die zouden werken zonder genetische manipulatie vooraf. Volgend jaar volgt een eerste klinische trial bij mensen met artritis.

Nog meer baanbrekend onderzoek bij muizen. Een Japans onderzoeksteam wist al eerder eicellen uit stamcellen te maken, maar moest die cellen voor rijping nog wel implanteren in (vrouwelijke) muizen. Begin 2016 lieten ze zien dat dit hele proces zich ook buiten het organisme in het lab kan voltrekken: van pluripotente stamcel tot bevruchtbare geslachtscel. Ze namen stamcellen van muizenembryo’s en van volwassen muizen uit het puntje van de staart. Beide soorten werden in cultuur gebracht in een cluster van cellen afkomstig van foetale eierstokken van de muis en konden zich zo ontwikkelen tot eicellen. Vervolgens werden de eicellen bevrucht volgens een standaard ivf-methode. De embryo’s die daaruit voortkwamen werden in muizen gebracht. Slechts elf van de 316 groeiden uit tot gezonde, vruchtbare nakomelingen. Het begin van revolutionaire vruchtbaarheidsbehandeling? Zou kunnen, maar ook hier geldt dat de weg naar de klinische praktijk nog zeer lang is.

2016 was ook het jaar van het eiwitontwerp. Je zou zeggen dat het met de huidige kennis van de DNA-code en de beschikbare technieken relatief gemakkelijk zou moeten zijn om eiwitten te bouwen, maar probleem is dat tevoren nooit helemaal duidelijk is hoe de driedimensionale structuur zal uitpakken. Terwijl die nu juist cruciaal is, want die structuur bepaalt de functie. Nu zijn er computerprogramma’s die dat probleem ondervangen, en was een Amerikaans onderzoeksteam in staat om – zij het rudimentair – een universeel griepvaccin te ontwerpen.

De basis voor de meest praktische doorbraak van dit jaar is al enige tijd geleden gelegd door het Britse bedrijf Oxford Nanopore Technologies. Dat bedacht een techniek waarmee zeer snel de basenvolgorde van het DNA valt te bepalen. Het gaat om een eiwit in een polymeer membraan; in dat eiwit zit een gaatje van een nanometer: een ‘nanoporie’. Aan weerszijden van het gaatje bevinden zich twee microkamertjes gevuld met zout. In beide kamers bevindt zich een elektrode, waardoor er een elektrische stroom van de ene naar de andere kamer loopt door de porie. In de porie zit een suiker waar het te sequensen DNA heel even aan blijft plakken: dat onderbreekt de stroom. Omdat elke base chemisch verschillend is, geven ze elk een eigen, herkenbaar elektrisch signaal. De techniek met de nanoporiën kan het sequensen van een genoom een stuk eenvoudiger maken, zeker nu het handzame apparaatje dat dit allemaal kan, in 2016 breed beschikbaar is gekomen. In februari verscheen een publicatie waarin het is gebruikt om de DNA-variatie van ebolavirussen te inventariseren tijdens de uitbraak in West-Afrika; een maand geleden was er de melding dat een compleet menselijk genoom langs deze weg in kaart is gebracht. Zulke DNA-sequenties bevatten wel meer fouten dan DNA-analyses met meer traditionele technieken. Maar daar wordt aan gewerkt.

Bekijk een filmpje van Oxford Nanopore

sciencemag.org, p.1516-1525