Promotie Kim Boonekamp: Gebruik van organoïden om algemene en weefselspecifieke volwassen stamcelprofielen te bestuderen

Stamcellen spelen niet alleen een essentiële rol bij de ontwikkeling van het lichaam maar ook in het stabiel houden van de interne staat van het lichaam, een mechanisme dat homeostase wordt genoemd. Dat is omdat ze de capaciteit hebben om oude cellen te vervangen door nieuwe. Stamcellen vormen dochtercellen met gespecialiseerde functies terwijl ze zichzelf in stand houden, waardoor weefsel kan worden vernieuwd. Om weefselgroei te controleren wordt dit proces nauw gereguleerd door verschillende moleculaire ‘signaleringsroutes’; signalen van buiten de cel worden doorgegeven aan de celkern, waardoor de aanmaak van eiwitten die betrokken zijn bij celdeling wordt beïnvloed. Ontregelingen in het proces, bijvoorbeeld door mutaties in het DNA, kunnen leiden tot extreme weefselgroei en kanker.

Organoïde technologie

Weefselvernieuwing vindt bijna overal in het lichaam plaats. Een concreet voorbeeld kan worden gevonden in het huidepitheel, dat constant oude huidcellen verliest in de vorm van huidschilfers.  Vervolgens vervangen verscheidene stamcelpopulaties deze oude huidcellen met nieuwe cellen. Voorheen onderzochten wetenschappers deze stamcelpopulaties met muismodellen waarin dochtercellen gevolgd konden worden met behulp van fluorescente reporters.

Recent ontwikkelde organoïdetechnologie maakt het nu echter mogelijk om stamcellen te kweken in het lab. Onderzoekers kunnen met deze technologie stamcellen isoleren uit volwassen weefsel en deze in leven houden in een Petrischaal. Met behulp van een extracellulaire matrix en verscheidene groeifactoren kunnen deze mini-organen van ongeveer 1 mm groot – zogenoemde organoïden – uitgroeien tot 3D structuren. Er kunnen verschillende soorten organoïden gekweekt worden, waaronder darm- en leverorganoïden, uit zowel gezond als ziek weefsel.

Troy

Boonekamp ontwikkelde tijdens haar promotietraject een organoïdemodel voor de huid van de muis. Ze gebruikte dit model in combinatie met CRISPR/Cas9 technologie om het effect van mutaties in een specifiek gen – het Desmoplakin gen – op de homeostase van de opperhuid te onderzoeken. Het Desmoplakin gen is betrokken bij de vorming en het onderhoud van de buitenste laag van de huid, de hoornlaag.

In een ander project identificeerden Boonekamp en collega’s een marker voor een specifiek soort stamcel die uitsluitend bijdraagt aan de vorming van het plaveiselepitheel – een bepaalde laag weefsel in de huid. Met behulp van haar nieuwe organoïdemodel onderzocht ze de capaciteit van de stamcellen die deze marker – een eiwit genaamd Troy – bevatten. Deze stamcellen dragen op de lange termijn bij aan het vernieuwen van de huid. Met deze ontdekking maken Boonekamp en collega’s het voor het eerst mogelijk om opperhuidspecifieke aanpassingen te maken in de huid van de muis.

Wnt signaleringsroute

Organoïdemodellen zoals ontwikkeld door Boonekamp kunnen gebruikt worden voor fundamenteel onderzoek naar de signaleringsroutes van stamcellen. Deze signaleringsroutes spelen een belangrijke rol bij homeostase en het voorkomen van stamceluitputting of extreme weefselgroei. Mutaties in een van de bekendste signaleringsroutes – de Wnt route – worden sterk geassocieerd met verscheidene soorten kanker, waaronder dikkedarmkanker. Boonekamp heeft verschillende organoïdemodellen gebruikt om genen te identificeren die actief worden onder invloed van de Wnt signaleringsroute. Ook onderzocht ze de mogelijke toepassingen van organoïden voor onderzoek naar zeldzame soorten cellen.

Met haar proefschrift benadrukt ze het brede spectrum van mogelijkheden die met de komst van organoïdetechnologie is ontstaan en illustreert ze wat deze nieuwe technologie kan betekenen voor stamcelonderzoek.