Te vroeg geboren? Dan nog even groeien in de kunstbaarmoeder

Embryo’s Kinderen die veel te vroeg geboren worden, kunnen daar de rest van hun leven last van hebben. Kan een kunstbaarmoeder uitkomst bieden?

Illustratie Jasmijn van der Weide

Misschien worden sommige kinderen over tien jaar twee keer geboren. Eén keer uit hun biologische moeder en een paar weken later nog eens uit een zak met vruchtwater. Technici aan de TU Eindhoven werken samen met Máxima Medisch Centrum in een groot Europees project aan de ontwikkeling van een kunstbaarmoeder, een kunstmatige omgeving waarin extreem te vroeg geboren kinderen nog even kunnen doorgroeien.

De kunstbaarmoeder moet een schrijnend medisch probleem gaan oplossen. Jaarlijks komen in Nederland zo’n 600 kinderen „extreem prematuur” ter wereld. Dat wil zeggen na minder dan 28 weken zwangerschap, die normaal zo’n 38 weken duurt. „De grens voor levensvatbaarheid van pasgeborenen ligt in Nederland op 24 weken”, zegt Frans van de Vosse, hoogleraar biomedical engineering aan de TU Eindhoven en leider van het project. „Echter, van de allerjongste kinderen die zo vroeg geboren worden overleeft slechts de helft, ondanks intensieve couveusezorg. En zij krijgen vaak uiteenlopende gezondheidsproblemen – ze houden last van hun longen of darmen, en hebben meer risico op blindheid, doofheid en leermoeilijkheden.”

Een kunstmatige baarmoeder moet hun een betere start geven. „Het punt is dat de longen, de darmen en de hersenen van deze kinderen nog niet voldoende ontwikkeld zijn”, legt Van de Vosse uit. „Daardoor is er een groot risico op ernstige complicaties in die eerste weken. De kans op een volledig gezond kind neemt snel toe met iedere week extra zwangerschap. Bij kinderen die met 28 weken worden geboren, gaat het doorgaans helemaal goed, al zijn ze dan ook nog niet helemaal voldragen. De kunstbaarmoeder zou kinderen door deze kritieke periode heen moeten helpen.”

Schapenfoetussen

Met veel mediaspektakel presenteerden Amerikaanse onderzoekers onder leiding van foetaal chirurg Alan Flake van het Childrens’ Hosptial in Philadelphia vier jaar geleden een geslaagd experiment met een kunstbaarmoeder. Daarbij hadden ze onvolgroeide schapenfoetussen tot vier weken succesvol verder laten groeien in een zak gevuld met vruchtwater.

Uit de publicatie in Nature Communications blijkt dat het een tamelijk ruw experiment was met een kunstbaarmoeder die wat provisorisch in elkaar was gezet. Bijna een derde van de proefdieren overleed voortijdig en de meeste lammeren die wel langer bleven leven werden kort na de geboorte gedood om hun weefsels te bestuderen. Slechts één lam mocht uiteindelijk vrij rondhuppelen in een wei in Massachusetts. Maar Flake had zijn doel bereikt.

„Ja, schapen zijn makkelijk!”, reageert Van de Vosse. „Flake heeft inderdaad aangetoond dat het principe werkt, maar nu moet dat nog dusdanig worden aangepast dat het klinisch kan worden gebruikt. Daar gaat nog een enorme hoeveelheid onderzoek in zitten.”

In 2017 beweerde Flake dat zijn team al bijna zo ver was om ook menselijke foetussen in een kunstbaarmoeder te laten groeien. Maar tot op heden zijn daar geen meldingen van bekend. Navraag levert evenmin niets op: „Op dit moment wil Dr. Flake niet met de media praten”, antwoordt een persvoorlichter van de universiteit. Ook Van de Vosse heeft weleens contact gezocht, maar ook hij werd afgehouden. „Ze willen zich duidelijk niet in de kaarten laten kijken.”

Dit vergt daarom hetzelfde soort voorbereiding als het sturen van een bemande raket naar de maan

Frans van de Vosse TU Eindhoven

De Eindhovense aanpak om een kunstbaarmoeder te ontwerpen ontbeert de Amerikaanse cowboymentaliteit, benadrukt Van de Vosse. „Wij hoeven niet de eerste ter wereld te zijn”, zegt hij, „Maar we willen straks wel de beste zijn. Wij streven ernaar om het in één keer goed te doen. Dit vergt daarom hetzelfde soort voorbereiding als het sturen van een bemande raket naar de maan. Met de kinderen mag immers niets misgaan.” Het protoype van de Europese kunstbaarmoeder moet over 2,5 jaar klaar zijn.

Hoe klein en teer de te vroeg geboren kinderen zullen zijn als zij straks in de kunstbaarmoeder worden geplaatst, wordt duidelijk als industrieel designer Juliette van Haren haar „mannequins” laat zien. Het zijn roze 3D-geprinte modellen van siliconen, op basis van gedetailleerde MRI-scans. Zo’n popje ter grootte van drie sinaasappels voelt vreemd aan: zwaar, zacht, slap en koud. Straks worden ze volgestopt met elektromotoren en sensoren. „Het is belangrijk dat zo’n mannequin precies zo aanvoelt en reageert als een echte foetus zou doen”, zegt Van Haren. „De mannequins kunnen straks gebruikt worden om artsen en verloskundigen te trainen. Daarom is het belangrijk dat alle mogelijke reacties die een kindje kan vertonen ook in de pop verwerkt worden. Denk bijvoorbeeld aan het op en naar gaan van de borstkas, een teken van een opkomende ademhalingsreflex, of blauwkleuring van de huid wat wijst op een zuurstoftekort.”

Biomedisch ingenieur Bettine van Willigen maakt een volledige digitale simulatie van de te vroeg geboren foetus. „Dit noemen we onze digital twin. Het is net als de mannequin een zo natuurgetrouw mogelijke kopie van de echte foetus”, zegt Van Willigen. „Door alles tot in de perfectie te simuleren hopen we straks op alle mogelijke situaties te zijn voorbereid.”

Toch is het nog niet zo eenvoudig als het klinkt. „We weten heel weinig van wat er tijdens de zwangerschap in de baarmoeder gebeurt”, zegt Van Willigen. „Ja, natuurlijk hebben we echo’s van een ongeboren kind, maar daarop kun je eigenlijk alleen maar zien of het goed groeit. En er zijn ook dopplermetingen waarmee je de stroomsnelheid van het bloed in de grote vaten van het kindje kunt meten. Maar als we een foetus gaan overhevelen naar een kunstbaarmoeder hebben we meer kennis nodig. Met het digitale model kunnen we verschillende hypotheses testen.”

Slachtmateriaal van varkens

Haar collega Bertus van de Wetering werkt aan de aansluiting van de navelstreng op de machine die het foetale bloed straks van zuurstof en voedingsstoffen gaat voorzien. „Een koppeling met levend weefsel, dat is technisch best lastig”, legt hij uit naast een laboratoriumopstelling waarin hij proeven uitvoert met bloedvaten uit slachtmateriaal van varkens. „In de navelstreng zitten drie bloedvaten die moeten worden aangesloten: de slagader, en twee aders. Die koppeling moet al die weken in stand blijven terwijl het kind doorgroeit.”

Het hartje zal straks het bloed rondpompen door een kleine hart-longmachine. Dit apparaatje zal het bloed voorzien van zuurstof en voedingsstoffen, net als de placenta. „Tijdens de zwangerschap ontvangt het kind daaruit ook antistoffen, eiwitten en hormonen van de moeder”, zegt Van de Wetering. „Maar hoe essentieel dat is en of we dat moeten aanvullen, is een open vraag. Daarnaast is foetaal bloed ook anders dan normaal bloed, maar hoe anders precies? Uit elke vraag vloeit een experiment voort.”

Embryo’s die je in het laboratorium langer doorkweekt, zakken na verloop van tijd in onder hun eigen gewicht

Sebastiaan Mastenbroek Amsterdam UMC

In tegenstelling tot de Amerikanen die met keizersnedes te werk gaan, rekent het Europese consortium op een natuurlijke geboorte. „Het liefst houd je het kind zo lang mogelijk in de moeder”, zegt Van de Vosse, „maar als de weeën al op gang komen of de moeder in levensgevaar komt, is een vroeggeboorte onvermijdelijk. Het kind wordt straks gehaald in een zak, zodat het continu in het vruchtwater blijft. Daarmee voorkomen we hopelijk dat de ademhaling op gang komt. De longetjes moeten gevuld blijven met vloeistof zodat die op de normale manier verder kunnen ontwikkelen.”

Soms vindt de menselijke zwangerschap al buiten het lichaam plaats – dan niet aan het einde van de draagtijd maar aan het begin. Het prilste leven van één op de dertig kinderen in Nederland begint met een ivf-behandeling. De bevruchte eicel ondergaat de eerste celdelingen in een kweekbakje maar moet binnen drie tot vijf dagen in de baarmoeder geplaatst worden, anders kan het vruchtje zich niet meer innestelen in de baarmoederwand en gaat het verloren.

Des te opmerkelijker is het dat de Israëlische onderzoeker Jacob Hanna van het Weizmann Institute of Science in Rehovot erin slaagde foetusjes van muizen op te kweken tot de helft van de zwangerschapsduur. De draagtijd van muizen is ongeveer 20 dagen, en Hanna kwam tot dag 11. Met kunst- en vliegwerk had hij de embryo’s tot dat moment in leven gehouden. Hij liet de flesjes met embryo’s continu ronddraaien in een molen, om ervoor te zorgen dat er telkens zuurstof en voedingsstoffen werden aangevoerd uit de kweekvloeistof.

Onvoorziene effecten

„Ongelooflijk indrukwekkend dat dit hem gelukt is”, reageert embryoloog Sebastiaan Mastenbroek van Amsterdam UMC. „De muizenfoetusjes zijn dan al zo groot als een erwt en er is al een begin van de aanleg van allerlei organen te zien. Embryo’s die je in het laboratorium langer doorkweekt, zakken na verloop van tijd in onder hun eigen gewicht. Ze worden dan zo plat als een pannekoek. Maar het continu ronddraaien kon dat voorkomen.”

Toch zullen de embryo’s van Hanna nooit levensvatbare muisjes worden. De ontwikkeling stopt zodra hart en bloedvaten worden aangelegd. Zonder navelstreng of placenta is het halverwege de ontwikkeling einde verhaal.

Mastenbroek ziet daarom voorlopig geen praktisch nut voor een kunstbaarmoeder aan het begin van de zwangerschap. Het is vooral interessant voor wetenschappelijk onderzoek. „En overigens dan ook niet voor menselijke embryo’s, want zo lang doorkweken is wettelijk niet toegestaan. De grens ligt bij twee weken.”

Mastenbroek heeft het Eindhovense project met interesse gevolgd. Vanuit zijn ervaring als embryoloog waarschuwt Mastenbroek dat er onvoorziene effecten kunnen optreden. Subtiele verschillen in de kweekomgeving kunnen grote invloed hebben op de ontwikkeling, zegt hij, verwijzend naar zijn eigen onderzoek van een paar jaar geleden. „We vergeleken daarin twee verschillende soorten kweekvloeistoffen voor ivf-embryo’s en het bleek dat de samenstelling een significant verschil kan hebben op de kinderen die later geboren worden. Bij de ontwikkeling van vroege embryo’s is het effect daarvan misschien sterker dan bij al redelijk ver volgroeide foetussen, maar toch kun je zo’n effect niet uitsluiten.”

Zowel Van de Vosse als Mastenbroek ziet een volledige zwangerschap buiten het menselijk lichaam vooral als sciencefiction. „Vooropgesteld: het is überhaupt niet ons doel om een volledige kunstmatige zwangerschap te ontwikkelen”, zegt Van de Vosse. „Het opkweken van muizenembryo’s is een heel andere tak van sport, met een heel andere toepassing dan dat wij voor ogen hebben.”

Toch heeft Mastenbroek nog wel een andere zorg. Zodra je deze techniek ontwikkelt voor extreem te vroeg geboren kinderen, zal het spoedig ook voor andere doeleinden gebruikt worden, denkt hij. „Daar moet je vooraf goed over nadenken”, zegt Mastenbroek, „want eerder hebben we al gezien dat nieuw ontwikkelde voortplantingstechnieken razendsnel worden opgepikt door commerciële klinieken met minder ethische doelen. Die zouden een kunstbaarmoeder bijvoorbeeld zo maar eens kunnen gaan aanbieden aan vrouwen die het laatste trimester van de zwangerschap te zwaar vinden.”

Illustraties Jasmijn van der Weide