Blastocyst: het bolletje cellen dat de basis legt voor leven én voor toekomstige biotechnologie
Vijf tot zes dagen na de bevruchting van een eicel is er nog geen spoor van een mensje te zien, maar wel al een verrassend georganiseerd structuurtje: de blastocyst. Dit is een microscopisch klein bolletje van ongeveer honderd tot tweehonderd cellen, met een holle binnenkant en aan de binnenwand een klompje cellen dat later zal uitgroeien tot de foetus. De rest van het bolletje wordt de placenta en de vruchtvliezen.
Een handige analogie is die van een zeepbel met daarin één klein propje watten dat aan de binnenkant van de bel plakt. De bel zelf (de buitenste cellaag) zorgt straks voor de verbinding met de baarmoeder en de voeding van de zwangerschap; het propje watten (de binnenste cellen) is het begin van alles wat uiteindelijk 'de baby' wordt. Deze fase is cruciaal in de vruchtbaarheidsgeneeskunde en inmiddels ook een hot topic in de stamcelbiologie, omdat wetenschappers steeds beter in staat zijn om blastocyst-achtige structuren in het laboratorium te bouwen zonder dat er een eicel of zaadcel bij betrokken is.
Wat is het precies?
Na de bevruchting van een eicel door een zaadcel ontstaat een zygote: één cel met de volledige genetische informatie voor een nieuw organisme. Deze cel deelt zich, en na ongeveer drie dagen ontstaat een compacte bal van cellen die op een moerbei lijkt, de morula genoemd.
Tussen dag vier en vijf verandert deze bal ingrijpend van vorm. Er ontstaat een vochtholte in het midden, de blastocoel. De cellen herschikken zich in twee duidelijk te onderscheiden groepen: de trofoblast, een dunne buitenste schil die later de placenta en vruchtvliezen vormt, en de innercellmass (ICM), een klompje cellen aan één kant van de binnenwand dat zich verder ontwikkelt tot de foetus.
Rond dag zes tot tien nestelt de blastocyst zich in de baarmoederwand; dit heet implantatie. Pas als dit succesvol verloopt, spreken we van een zwangerschap. Veel bevruchte eicellen bereiken dit stadium nooit of falen bij de implantatie, wat een belangrijke, natuurlijke verklaring is voor het hoge percentage vroege miskramen dat vaak onopgemerkt blijft.
De cellen van de innercellmass hebben een bijzondere eigenschap: ze zijn pluripotent, wat betekent dat ze zich in principe tot elk celtype van het lichaam kunnen ontwikkelen. Dit maakt ze de bron van embryonale stamcellen, cellen die al decennia een sleutelrol spelen in biomedisch onderzoek.
Wat wil men ermee bereiken?
In de vruchtbaarheidsgeneeskunde wil men embryo's zo lang mogelijk buiten het lichaam laten groeien voordat ze worden terugplaatst, omdat een embryo dat het blastocyststadium haalt een veel hogere kans heeft om uiteindelijk tot een zwangerschap te leiden dan een embryo van drie dagen oud. Door te wachten kunnen artsen ook beter selecteren welk embryo de beste kans op succes heeft, wat het aantal noodzakelijke IVF-behandelingen kan verlagen.
Daarnaast biedt het blastocyststadium de mogelijkheid om een paar cellen van de buitenste laag weg te nemen voor genetisch onderzoek, zonder de innercellmass te beschadigen. Dit maakt het mogelijk chromosoomafwijkingen op te sporen voordat een embryo wordt terugplaatst.
Op wetenschappelijk niveau wil men vooral beter begrijpen hoe de allereerste dagen van menselijke ontwikkeling precies verlopen. Dit is relevant voor het verklaren van onvruchtbaarheid, vroege miskramen en aangeboren afwijkingen. Omdat echte menselijke embryo's schaars en ethisch gevoelig zijn, werken onderzoekers steeds vaker aan synthetische embryomodellen: structuren die uit stamcellen worden opgebouwd en die de blastocyst nabootsen, zonder dat er een eicel, zaadcel of baarmoeder bij nodig is. Het doel is niet om mensen te klonen of embryo's te vervangen, maar om een onderzoeksinstrument te krijgen waarmee je vroege ontwikkelingsprocessen kunt bestuderen zonder gebruik te maken van echte embryo's.
Voorbeelden uit de praktijk
De meest wijdverspreide toepassing is de blastocystcultuur bij IVF, die sinds de jaren 2000 in fertiliteitsklinieken wereldwijd de standaard is geworden in plaats van het terugplaatsen van embryo's op dag drie.
Nauw daaraan verbonden is PGT-A (preimplantation genetic testing for aneuploidy), waarbij cellen van de trofoblast van een blastocyst worden getest op chromosoomafwijkingen voordat het embryo wordt terugplaatst. Deze techniek wordt tegenwoordig in veel klinieken standaard aangeboden, met name bij oudere patiënten of na herhaalde miskramen.
Een historisch keerpunt was het werk van James Thomson aan de University of Wisconsin, die in 1998 voor het eerst menselijke embryonale stamcellen isoleerde uit de innercellmass van gedoneerde IVF-blastocysten. Dit legde de basis voor het hele veld van de regeneratieve geneeskunde.
Recenter, in 2022, publiceerde het team van Jacob Hanna aan het Weizmann Institute of Science in Israël onderzoek waarin ze uit muizenstamcellen structuren kweekten die spontaan een blastocyst-achtige vorm aannamen en zich daarna verder ontwikkelden tot structuren met een kloppend hartje en een beginnend brein, zonder gebruik van eicel of zaadcel. In 2023 volgde een vergelijkbaar, veel besproken model met menselijke stamcellen.
Ook Magdalena Zernicka-Goetz, verbonden aan Caltech en de University of Cambridge, publiceerde in 2021 en 2023 werk over zogenoemde 'blastoïden': blastocyst-achtige structuren opgebouwd uit menselijke stamcellen, gebruikt om implantatie en vroege ontwikkeling te bestuderen.
Hoe ver is de techniek?
Blastocystcultuur en -transfer bij IVF zijn volledig uitgekristalliseerde, routinematige klinische technieken die dagelijks in duizenden klinieken worden toegepast.
De synthetische embryomodellen staan echter nog in een vroeg onderzoeksstadium. Bij muizen zijn de modellen al relatief geavanceerd en kunnen ze zich enkele dagen verder ontwikkelen dan het blastocyststadium. Bij mensen is de techniek minder efficiënt: slechts een klein percentage van de gekweekte stamcelclusters vormt daadwerkelijk een correcte, blastocyst-achtige structuur, en de modellen missen vaak bepaalde weefsels die een echt embryo wel heeft, waardoor ze niet volledig hetzelfde zijn als een natuurlijk embryo.
Een belangrijk obstakel is ook regelgeving en ethiek. Internationaal geldt van oudsher de zogeheten '14-dagenregel', die stelt dat menselijke embryo's niet langer dan veertien dagen in het laboratorium mogen worden gekweekt. In 2021 heeft de ISSCR (International Society for Stem Cell Research) haar richtlijnen aangepast en opengelaten dat deze grens onder strikte voorwaarden per land heroverwogen kan worden, wat internationaal tot discussie leidt. Ook is er nog geen consensus over of synthetische embryomodellen juridisch als 'embryo' moeten worden behandeld, met alle bijkomende regelgeving die daarbij hoort.
Wie werken eraan?
Op klinisch vlak passen IVF-klinieken wereldwijd blastocystcultuur en PGT-A dagelijks toe, gecoördineerd door beroepsverenigingen zoals de European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE).
Op onderzoeksvlak lopen het Weizmann Institute of Science in Israël (team Jacob Hanna) en het samenwerkingsverband tussen Caltech en de University of Cambridge (team Magdalena Zernicka-Goetz) voorop bij synthetische embryomodellen. Ook Australische onderzoekers, zoals het team van José Polo aan Monash University, en Nederlandse groepen, onder meer aan het LUMC in Leiden, dragen bij aan dit veld.
De ISSCR speelt een centrale rol in het opstellen van internationale ethische richtlijnen, terwijl financiering vaak komt van nationale onderzoeksfondsen zoals de Amerikaanse NIH en de Europese ERC (European Research Council).