Beenmerg en beenmergstamcellen: zo ontstaat bloed

Binnen in het bot

Waar zit beenmerg?

Bot is van buiten hard, maar van binnen niet massief. Onder de stevige buitenlaag ligt op veel plaatsen een fijn netwerk van botbalkjes, het sponsachtige of trabeculaire bot. De ruimtes daartussen bevatten beenmerg, bloedvaten, zenuwvezels en ondersteunende cellen.

Bij volwassenen is actief rood beenmerg vooral aanwezig in het bekken, de wervels, ribben, het borstbeen, de schedel en de uiteinden van sommige lange botten. Bij jonge kinderen is een groter deel van het skelet met rood beenmerg gevuld. Tijdens het ouder worden neemt op veel plaatsen het aandeel vet in het merg toe.

Beenmerg is niet hetzelfde als ruggenmerg. Het ruggenmerg bestaat uit zenuwweefsel en loopt door het wervelkanaal. Beenmerg is bloedvormend weefsel dat zich in verschillende botten bevindt.

Twee verschijningsvormen

Rood en geel beenmerg

Rood beenmerg bevat veel bloedvormende cellen. Tussen die cellen lopen wijde, dunwandige bloedvaten die sinusoïden worden genoemd. Rijpe bloedcellen passeren de wand van deze vaten en komen zo in de bloedbaan. Ook liggen er stromacellen, vetcellen, macrofagen, endotheelcellen en andere onderdelen van de lokale omgeving.

Geel beenmerg bevat relatief veel vetcellen en is in rust minder actief in de bloedvorming. De grens tussen rood en geel merg is niet altijd scherp. Onder bijzondere omstandigheden, bijvoorbeeld wanneer het lichaam langdurig extra bloedcellen nodig heeft, kan vetter merg weer actiever worden.

Van stamcel naar bloedcel

Hoe werkt hematopoëse?

De vorming van bloedcellen heet hematopoëse. Bloedcellen leven niet onbeperkt. Rode bloedcellen, bloedplaatjes en verschillende afweercellen worden daarom steeds aangevuld. Het beenmerg past de productie aan de behoefte van het lichaam aan. Bij een infectie kan de aanmaak van bepaalde witte bloedcellen toenemen. Na bloedverlies krijgt de productie van rode bloedcellen extra stimulans.

Aan het begin staat een hematopoëtische stamcel. Een deel van deze stamcellen blijft meestal in rust. Dat helpt de voorraad langdurig te beschermen. Wanneer een stamcel deelt, kan minstens één dochtercel stamcel blijven. Andere dochtercellen worden voorlopercellen die zich stap voor stap op een bepaalde bloedcellijn richten. Hoe verder een cel rijpt, hoe kleiner het aantal mogelijke eindbestemmingen wordt.^[2]

De ontwikkeling van een voorloper tot rode bloedcel is ook te bekijken bij voorbeelden van differentiatie.

Vergroten

Schema's tekenen vaak één vaste stamboom, met een vroege splitsing tussen een myeloïde en een lymfoïde lijn. Dat is nuttig om de belangrijkste groepen te leren kennen, maar de echte ontwikkeling is flexibeler. Moderne technieken laten zien dat voorlopercellen niet altijd één identieke route volgen. Signalen uit de cel zelf en uit de omgeving sturen samen welke celtypen worden gevormd.

Dag en nacht productie

Welke bloedcellen maakt het beenmerg?

B-lymfocyten doorlopen belangrijke rijpingsstappen in het beenmerg. Voorlopers van T-lymfocyten verlaten het beenmerg en rijpen verder in de thymus. Daarna kunnen deze cellen als onderdeel van het immuunsysteem door bloed, lymfe en weefsels bewegen.

Oude rode bloedcellen worden vooral door macrofagen in de milt en lever verwijderd. Ook macrofagen in het beenmerg helpen bij de verwerking en recycling van celmateriaal en ijzer. Het merg is dus niet alleen een productielocatie, maar ook een omgeving waar cellen elkaar voortdurend ondersteunen en opruimen.

Een levende micro-omgeving

De beenmergniche bepaalt mee wat een stamcel doet

Een bloedstamcel functioneert niet los in een lege ruimte. Zij ligt in een zogenoemde niche: een lokale omgeving van bloedvaten, perivasculaire stromacellen, botcellen, zenuwvezels, macrofagen, megakaryocyten en moleculaire signalen. Die omgeving helpt bepalen of een stamcel rust, zichzelf vernieuwt, gaat delen of een ontwikkelingsroute inslaat.^[3]

Vooral de gebieden rond sinusoïdale bloedvaten zijn belangrijk. Endotheelcellen en stromacellen maken factoren zoals CXCL12 en stamcelfactor, die helpen bloedstamcellen in hun omgeving te behouden. Wanneer stamcellen voor een transplantatie uit het bloed worden verzameld, kunnen medicijnen tijdelijk een deel van deze cellen uit het beenmerg naar het bloed laten verplaatsen.

Onderzoekers spreken steeds minder over één uniforme stamcelniche. Het beenmerg lijkt uit meerdere, onderling verbonden micro-omgevingen te bestaan. Sommige ondersteunen vooral vroege stamcellen, andere begeleiden een specifieke bloedcellijn. Met ruimtelijke beeldvorming en technieken die genactiviteit per cel meten, wordt die organisatie steeds nauwkeuriger in kaart gebracht.^[4]

Kijken naar cellen en weefsel

Wanneer wordt beenmerg onderzocht?

Een gewone bloedtest geeft veel informatie over het aantal en uiterlijk van bloedcellen. Soms is dat niet genoeg. Bij onverklaarde afwijkingen in rode bloedcellen, witte bloedcellen of bloedplaatjes kan een arts het beenmerg zelf willen onderzoeken. Dat gebeurt ook bij de diagnose of controle van onder meer leukemie, myelodysplastische syndromen, multipel myeloom en bepaalde lymfomen.^[7]

De monsters worden meestal uit de achterzijde van de bekkenkam genomen. De huid en het botvlies worden plaatselijk verdoofd. Een aspiratie kan kort een scherpe of trekkende pijn geven; bij een biopt wordt vaak vooral druk gevoeld. De uitslag kan bestaan uit microscopie, tellingen, kleuringen, flowcytometrie en genetisch of moleculair onderzoek. Welke tests nodig zijn, hangt af van de medische vraag.

Als bloedvorming ontregelt

Aandoeningen van het beenmerg

Een beenmergaandoening kan leiden tot te weinig, te veel of afwijkende bloedcellen. De gevolgen hangen af van de cellijn die wordt geraakt. Een tekort aan rode bloedcellen kan vermoeidheid en kortademigheid veroorzaken. Te weinig werkende witte bloedcellen kan de kans op infecties vergroten. Een laag aantal bloedplaatjes kan bloedingen of snel blauwe plekken geven. Deze klachten hebben ook veel andere oorzaken en zeggen op zichzelf niet welke aandoening aanwezig is.

Een gevestigde celbehandeling

Beenmergtransplantatie is meestal een bloedstamceltransplantatie

De term beenmergtransplantatie wordt nog veel gebruikt, maar tegenwoordig komen de toegediende hematopoëtische stamcellen vaak uit het perifere bloed. Ze kunnen ook rechtstreeks uit beenmerg of uit navelstrengbloed worden verkregen. Na voorbereiding van de patiënt worden de cellen via een infuus toegediend. Vanuit de bloedbaan vinden ze hun weg naar het beenmerg, waar ze nieuwe bloedvorming kunnen opbouwen.^[5]

Bij een autologe transplantatie krijgt iemand eigen, eerder verzamelde stamcellen terug. Deze behandeling herstelt vooral de bloedvorming na intensieve therapie. Bij een allogene transplantatie komen de cellen van een donor. Donorafweercellen kunnen resterende kwaadaardige cellen aanvallen, het graft-versus-leukemie-effect. Tegelijk kunnen ze gezond weefsel van de ontvanger aanvallen, wat graft-versus-hostziekte wordt genoemd.

De keuze tussen beenmerg, gemobiliseerde bloedstamcellen en navelstrengbloed is medisch maatwerk. Perifeer bloed levert vaak meer stamcellen en sneller herstel van de bloedwaarden, maar kan bij een donortransplantatie gepaard gaan met meer chronische graft-versus-hostziekte. Beenmerg bevat doorgaans minder T-cellen en kan daarom in bepaalde situaties de voorkeur hebben.^[6]

Een belangrijk onderscheid

Wat kunnen beenmergstamcellen wel en niet?

Hematopoëtische stamcellen zijn multipotent binnen het bloedsysteem. Ze kunnen de verschillende bloedcellijnen voortbrengen en langdurig nieuwe bloedvorming onderhouden. Dat maakt ze uitzonderlijk waardevol, maar het zijn geen pluripotente stamcellen die vanzelf hersencellen, hartspier, leverweefsel of ieder ander celtype kunnen maken.

Beenmerg bevat daarnaast mesenchymale stromacellen en voorlopers van onder meer bot- en vetcellen. Dat is een andere celpopulatie dan de hematopoëtische stamcel. In onderzoek worden deze cellen bestudeerd vanwege hun rol in de beenmergomgeving en weefselherstel. Laboratoriumresultaten of kleine studies betekenen niet automatisch dat een behandeling veilig en werkzaam is.

Ook de voorstelling dat bloedstamcellen door het lichaam drijven en overal beschadigd weefsel gaan genezen is te eenvoudig. Na transplantatie kunnen hematopoëtische stamcellen zich naar het beenmerg verplaatsen. Daar bouwen ze bloedvorming op. Dat bewezen gedrag mag niet worden vertaald naar een algemene genezingskracht voor alle organen.

De verschillen tussen bloedvorming en andere toepassingen komen aan bod in stamcelonderzoek: van ontdekking naar behandeling.