Xuan Zheng, Jeroen van Zon, Sander Tans en collega’s baseren die conclusie op het gedrag van cellen in darm-organoïden. Die in vitro gekweekte mini-orgaantjes zijn ooit ontwikkeld door Hans Clevers en collega’s van het Hubrecht Instituut in Utrecht. Bij AMOLF zijn ze sindsdien verder verbeterd om nog meer op echt darmweefsel te lijken.

De kern van het huidige onderzoek is dat je zo’n organoïde gedurende 60 dagen volgt met een confocale microscoop die elke 12 seconden een 3D-opname maakt. Na afloop, wanneer de darmstamcellen zich al diverse malen hebben gedeeld, vertrouw je de opnames toe aan AI-software die het spoor terug volgt: waar komen de cellen, die aanwezig zijn aan het eind van het experiment, oorspronkelijk vandaan?

TypeTracker

De eerste versie van deze OrganoidTracker-software, die drie jaar geleden werd geïntroduceerd, volgde alleen de celkernen zonder er nader naar te kijken. Promovendus Zheng heeft dit nu uitgebreid tot een TypeTracker die ook verschillende celtypes uit elkaar kan houden. Dat gebeurt door eiwitten, die door de darmcellen worden afgescheiden, selectief te labelen met fluorescerende antilichamen. Zo kun je achteraf zien op welk moment de cellen zich voldoende hadden gespecialiseerd om te beginnen met het aanmaken van deze eiwitten.

Specialiseren

Vaak is dat dus eerder dan gedacht. De cellen differentiëren zich al wanneer ze nog veilig in stamcelvorm opgesloten zitten in de krochten (cryptes) van de darmwand. Pas daarna migreren ze naar de uitsteeksels (villi, enkelvoud villus) die in contact staan met de darminhoud. Hoe ze daarbij hun weg vinden, is nog onduidelijk. Maar de voor de hand liggende hypothese dat ze pas specialiseren na aankomst, onder invloed van de omgeving daar, lijkt dus niet te kloppen. 

Nieuw model

Commit-then-sort noemen de onderzoekers hun nieuwe model. Ze moeten toegeven dat er nog heel wat verschillen zijn tussen organoïden en ‛echt’ darmweefsel, maar het is lastig voor te stellen dat het daarin totaal anders zou werken. Waarbij wordt aangetekend dat de onderzoeksmethode heel eenvoudig aan te passen moet zijn aan andere organoïden, die model staan voor een hele reeks weefseltypes.

Xuan Zheng, et al., Organoid cell fate dynamics in space and time, Science Advances (2023)