Waarom dieren pijnigen in experimenten als je hetzelfde onderzoek kunt doen met menselijke lichaamscellen in bakjes? Toch is ook dat nog niet 100 procent diervrij.
Dit artikel verscheen in Quest, editie 8 2024. Informatie uit dit verhaal kan dus verouderd zijn.
Foto: Biglew99, via Wikimedia Commons. MeT-5a cell line.
De mens heeft altijd andere dieren bestudeerd om over zichzelf te leren. In de oudheid ontleedden artsen al apen en varkens om het menselijk lichaam te begrijpen, snijden in dode mensen was onder de Romeinen ten strengste verboden. En Louis Pasteur ontwikkelde eind negentiende eeuw het eerste vaccin tegen hondsdolheid door het virus te laten groeien in konijnen, en het vaccin vervolgens te testen op honden.
Het dierenleed dient een hoger doel, is vaak het argument om op knaagdieren en andere viervoeters te testen of een nieuw medicijn doet wat het moet doen. Of om te ontdekken dat een bepaalde stof giftig is – en we die dus vooral niet moeten innemen als onze gezondheid ons lief is. Eeuwenlang was het enige alternatief om op onszelf te experimenteren, waar weinig mensen voor te porren zijn. Maar tegenwoordig zijn er meer alternatieven, zoals onderzoek op gekweekte menselijke cellen in het lab. Hoewel het klinkt als een goede manier om minder met dieren te werken, is ook dat niet helemaal diervrij. Want het materiaal waar die cellen ín liggen, komt vaak uit ongeboren kalfjes en muizen. Dat moet anders kunnen, denken sommige wetenschappers.
Kalfsbloed
Veel lichaamscellen zijn niet veel groter dan 10 à 15 micrometer, oftewel 0,001 tot 0,015 millimeter. Ter vergelijking: een standaard velletje printpapier is zo’n 0,1 millimeter dik. Maar op dat microniveau gebeurt ongelofelijk veel, zowel binnen een cel als tussen cellen. Er valt dus veel te ontdekken door ze in bakjes in het lab te kweken en onderzoeken.
Maar een lichaamscel blijft buiten het lichaam niet zomaar in leven, laat staan dat hij zichzelf spontaan gaat vermenigvuldigen. Je moet hem een handje helpen door hem in een comfortabele omgeving te leggen en goed te voeden. In de jaren vijftig zagen wetenschappers dat celkweekjes als een tierelier groeiden in foetaal kalfsserum (FCS): vloeistof uit het bloed van ongeboren kalfjes. Dit serum zit bomvol groeistoffen als eiwitten, mineralen, vetten en hormonen die cellen het signaal geven zich te delen.
Tegenwoordig horen potten FCS bij de inboedel van bijna alle labs die werken met kweekcellen – of dat nu is voor wetenschappelijk onderzoek, medicijnstudies of veiligheidstests met bijvoorbeeld cosmetica. Het serum is bijvangst in het slachthuis, waar slachters nogal eens per toeval ontdekken dat een koe zwanger is en het kalfje nog even in leven houden om bloed af te tappen. Er is ook serum uit volwassen koeien te koop, maar het voordeel van ongeboren kalfjes is dat ze nog een vrij onbeschreven blad zijn. Ze hebben bijvoorbeeld minder ziektes gehad, en dus minder antilichamen in hun bloed die onderzoeksresultaten zouden kunnen beïnvloeden.
Bodybuilders
Eigenlijk is het vreemd om foetaal kalfsserum te gebruiken, vertelt celbioloog Jeffrey Bajramovic. Hij is directeur van het 3Rs Centre van de Universiteit Utrecht, een centrum dat probeert dierproefgebruik in de wetenschappelijke wereld te verminderen. ‘Met FCS stel je cellen bloot aan iets dat niet hetzelfde is als in het menselijk lichaam.’ Ten eerste komt het natuurlijk uit een andere diersoort, maar daarnaast is zo’n serum volgens Bajramovic zó rijk aan voedingsstoffen dat je de cel onnatuurlijk volpropt met eten. ‘Onderzoekers vinden het fijn als een cel zich snel deelt, omdat je dan meer materiaal hebt om proeven op te doen. Maar misschien heb je een soort bodybuilder gecreëerd.’ Het is de vraag of zo’n bodybuilder zich hetzelfde gedraagt als cellen die in ons lichaam een strenger dieet volgen.
Nog een nadeel is dat geen kalfje hetzelfde is, zelfs niet als het nog niet gepokt en gemazeld is door het leven. Net zoals ons lichaam van mens tot mens kan verschillen, kan de samenstelling van het bloed van het ene kalfje anders zijn dan dat van het andere. De ene lading serum is dus de andere niet. Daardoor kan het gebeuren dat een onderzoeker een interessant effect ziet in zijn cellen, maar dat ineens niet meer ziet in een nieuw experiment met een andere lading kalfsserum.
Niet universeel
Het is dus niet diervriendelijk en heeft wetenschappelijke haken en ogen. Waarom gebruiken onderzoekers kalfsserum dan toch? Eigenlijk simpelweg uit gewoonte, zegt Bajramovic. Omdat het er al zo lang is, is dat het standaard kweekmedium geworden. ‘Wat het lastig maakt, is dat we nog niet één alternatief hebben gevonden dat universeel werkt.’ Elk type cel groeit goed op foetaal kalfsserum. Er zijn inmiddels allerlei alternatieven waarvoor geen dieren nodig zijn, maar die werken specifieker: de ene is ideaal voor kweekjes van botcellen, de andere werkt goed bij hersencellen en weer een andere bij tumorcellen uit de prostaat.
Wetenschappers kennen de alternatieven ook lang niet altijd. Om hen daarin wegwijs te maken, zette het 3Rs-centre de online FCS-free database op. Onderzoekers kunnen er het celtype intoetsen waarin ze geïnteresseerd zijn en zien dan alle gepubliceerde informatie over beschikbare kweekmediums. ‘Daarnaast hebben we een werkgroep die onderzoekers actief begeleidt als ze willen overstappen.’ Bajramovic merkt dat er meer besef komt dat het anders kan. ‘Tien jaar geleden hadden wetenschappers daar geen idee van, ikzelf ook niet. Zeker onder jonge onderzoekers is het vanzelfsprekender geworden om hierover na te denken.’
Muistumoren
Kalfsserum is niet het enige dierlijke product in kweekcelonderzoek, zeker niet als je cellen in 3D wilt laten groeien. Daarvoor gebruiken onderzoekers vaak een gel gemaakt uit muistumoren. De traditionele manier om cellen te kweken is in 2D: je gooit ze in een bakje met vloeistof, waarna ze naar de bodem zakken en in een platte laag groeien. Maar dat is niet hoe cellen in ons lichaam met elkaar samenleven. Daarom begonnen onderzoekers in 3D te kweken, de zogeheten mini-orgaantjes of organoïds. Bajramovic: ‘Je zorgt dan dat de cellen een structuur hebben waarbinnen ze wel ruimtelijk tegen elkaar blijven zitten. Zo vormen ze een klontje en ontstaan mini-orgaantjes.’
In het lichaam is die structuur een stevig weefsel rondom cellen, de zogeheten extracellulaire matrix. Hoe kom je buiten het lichaam aan zo’n matrix? Dat is waar muistumoren om de hoek komen kijken. De beestjes krijgen een kankersoort ingespoten waarvan de tumorcellen vakkundige bouwvakkers zijn: ze maken zelf het huis, de matrix, waarin ze leven. Dat bouwwerk is ook perfect om mini-orgaantjes in te maken. Dus mag de tumor een week of drie zijn kluswerk doen in de muizen, waarna onderzoekers de knaagdieren doden en de tumor met matrix en al uit de lijfjes halen. Ze verwijderen de tumorcellen, de matrix blijft in de vorm van een gel over als kweekmedium.
Zouden wetenschappers zo’n matrix zonder dieren kunnen namaken, dan zou dat jaarlijks zo’n 5 à 10 miljoen muizen wereldwijd schelen, denkt scheikundige Paul Kouwer van de Radboud Universiteit. Dat rekensommetje maakt hij op basis van omzetcijfers van de grootste producent van deze gel.
Zo’n kunstmatige, diervrije gel is precies waar Kouwer met zijn collega’s aan werkt. Ongeveer tien jaar geleden ontdekten ze per toeval een gel die aan de voorwaarden leek te voldoen. Het kunstmatige materiaal gedroeg zich als collageen, de stof die in ons lichaam zorgt voor de stevigheid en elasticiteit van ons weefsel. Kouwer: ‘Toen dachten we: laten we het gaan gebruiken als collageen en kijken of cellen het herkennen, of ze erin groeien.’ Dat bleek het geval.
Tussenfase
De volgende uitdaging is om de perfecte mix aan stofjes aan het materiaal toe te voegen om een cel erin te laten floreren. In een kunstmatig nagemaakte matrix zitten van zichzelf nul groeistoffen, terwijl er in gel uit muistumoren – net als in kalfsserum – eigenlijk te veel zit. Kouwer: ‘Die gel uit muizentumoren is een grotendeels onbekend mengsel van stoffen, waar je niet zoveel aan kunt veranderen. Bij kunstmatige gel weet je precies wat erin zit. Wij kunnen in onze gel veel aanpassen en worden daar steeds beter in.’
Kouwer is niet de enige die werkt aan een alternatief voor gel van muistumoren. Het 3Rs-centre in Utrecht is bezig alle alternatieven te verzamelen in een database, net zoals ze voor de alternatieven van kalfsserum deden. Bajramovic verwacht dat labonderzoek met kweekcellen op een dag helemaal zonder kalfsserum en muistumoren kan. ‘Dat staat zeker te gebeuren. Ik durf niet te zeggen hoe lang het duurt, maar ben ervan overtuigd dat dit een tussenfase is.’ Nu zijn degenen die overstappen op alternatieven nog de vernieuwers die zich moeten verantwoorden voor die keuze. Maar Bajramovic denkt dat er een punt komt dat zij de standaard worden. ‘Dan krijgen juist de onderzoekers die hun cellen op kalfsserum kweken de vraag waarom ze dat nog steeds doen.’
Bij bovenstaand artikel verschenen ook een aantal kaders met extra informatie, waaronder deze twee:
Kweekvlees zonder kalfjes
In 2013 was het groot nieuws: wetenschappers uit Maastricht hadden de eerste hamburger van kweekvlees gemaakt. Dat exemplaar kostte zo’n 250.000 euro per 100 gram, dus de weg naar de supermarkt was nog lang. En het prijskaartje was niet de enige hindernis, het was bijvoorbeeld ook nog niet volledig diervriendelijk. Voor kweekvlees zelf hoeft geen koe onder het mes, het enige dat je nodig hebt is dierlijke stamcellen. Maar om die cellen te laten uitgroeien tot spiervezels heb je een kweekmedium nodig. In eerste instantie was dat medium het veelgebruikte kalfsserum, wat betekende dat de kweekvleesburger was gemaakt met behulp van bloed uit ongeboren kalfjes. Dezelfde groep die achter die eerste burger zat, publiceerde in 2022 in Nature Foods over een nieuwe methode waarvoor geen kalfsserum nodig was. Ook andere producten van kweekvlees zoeken alternatieven, maar een uitdaging blijft om die te vertalen naar betaalbare massaproductie.
Door enzymen niet vegan
Zelfs als je kalfsserum en gels van muistumoren vervangt, is onderzoek met kweekcellen en mini-organen niet volledig vegan. Soms gebruiken wetenschappers bijvoorbeeld enzymen en ander soort eiwitten uit slachtafval, vertelt Jeffrey Bajramovic, directeur van het 3Rs-centre in Utrecht. Zulk materiaal kan op allerlei manieren van pas komen, bijvoorbeeld om cellen uit lichaamsweefsel te halen. ‘Stel dat je hersencellen wilt kweken, dan kun je niet zomaar een plak hersenweefsel in een bak gooien. Dan gebeurt er niets, hooguit gaat het schimmelen. Je moet die cellen uit het weefsel halen. Dat kan door erop te duwen, maar ook door het een beetje week te maken. Daar gebruik je enzymen voor.’ Ook veelgebruikt als helpers in het lab: antilichamen. ‘Het zijn eiwitten die heel specifiek andere eiwitten kunnen herkennen en daaraan kunnen binden.’ Antilichamen voor onderzoek worden vaak geproduceerd in dieren. Maar dat is lang niet altijd nodig, volgens Bajramovic. Er bestaan inmiddels veel zogeheten ‘recombinante antilichamen’, waarvoor de genetische codes om ze in het lab na te maken bekend zijn. Soms is daarvoor in het begin wel een dier nodig geweest, maar dus niet voor elke studie met dat antilichaam opnieuw.
Doneren
Dit artikel kon je gratis lezen via mijn website. Waardeer je het en wil je dat laten blijken? Je kunt mijn journalistieke werk steunen met een donatie.
