De kleinste bloedvaten in de hersenen activeren de ontwikkeling van spinale motorneuronen

17-04-2018

Een studie op levend weefsel biedt een nieuw systeem om het proces achter amyotrofische laterale sclerose en andere ziekten te begrijpen.

Organ Chip

Afbeelding: Lagen van spinale motorneuronen (bovenaan, in het blauw) en capillaire cellen (onderaan, in het rood) komen samen binnenin een orgaanchip. Neuronen en capillaire cellen reageren op elkaar langs de volledige lengte van de chip. De afbeelding werd gemaakt met een confocaal microscoop; de kleuren werden gecreëerd door kleuring met fluorescerende antilichamen.

LOS ANGELES – Een nieuwe studie heeft aangetoond dat de kleinste bloedvaten in de hersenen van een mens genen kunnen activeren waarvan geweten is dat ze  spinale motorneuronen activeren, waardoor de neuronen gestimuleerd worden te groeien tijdens de vroege ontwikkeling. De ontdekking kan inzichten leveren in de ontwikkeling van amyotrofische laterale sclerose (ALS) en andere neurodegeneratieve ziekten.

Om tot deze ontdekking te komen, hebben de onderzoekers met succes stalen levende weefsels buiten het lichaam gecreëerd van bloedvaten en spinale motorneuronen – die de spieren controleren – om te kunnen aantonen hoe deze op elkaar reageren.

“Tot op heden dacht men dat deze bloedvaten enkel nutriënten en zuurstof leverden, afval verwijderden en de bloedsomloop regelden. Wij hebben aangetoond dat ze niet enkel als leidingen functioneren, maar dat ze ook genetisch communiceren met de neuronen", zei Samuel Sances, PhD, een postdoctoraal assistent aan het Cedars-Sinai Board of Governors Regenerative Medicine Institute. Hij is de eerste auteur van het onderzoek, dat werd gepubliceerd in het vakblad Stem Cell Reports.

Wanneer een menselijk embryo ongeveer vier weken oud is, verklaart Sances, beginnen nieuwe bloedvaten zich te ontwikkelen rond een primitieve kolom van cellen die uiteindelijk het ruggenmerg zullen vormen. Aangedreven door ontwikkelingsgenen veranderen sommige van deze cellen in spinale motorneuronen. Het onderzoek toont aan dat de cellen van de kleinste bloedvaten in de hersenen, haarvaten genaamd, in staat zijn om deze genen te activeren, waardoor de spinale motorneuronen gestimuleerd worden om te ontwikkelen en te volgroeien.

Naast nieuwe inzichten in de menselijke biologie, heeft deze studie ook een nieuwe onderzoeksrichting geopend om de mysteries achter ziekten zoals ALS en de ziekte van Lou Gehrig op te lossen, zei Sances. ALS is een progressieve, dodelijke ziekte die motorneuronen doet afsterven. Er bestaat nog geen geneesmiddel voor. Volgens de ALS Assocation wordt jaarlijks bij meer dan 6000 mensen in de Verenigde Staten de diagnose van ALS gesteld.

"Wat loopt er verkeerd in de spinale neuronen dat het afsterven van deze motorneuronen veroorzaakt? " vroeg Sances. "Als we de weefsels van een individuele ALS patiënt kunnen nabootsen, kunnen we misschien die vraag beantwoorden, en kunnen we op een dag de  neuronen van ALS patiënten redden met nieuwe therapieën.

De bevindingen van het onderzoek werden mogelijk gemaakt door een unieke koppeling van onderzoek naar stamcellen en Organs-on-chip technologie, die de menselijke biologie nabootst in een micro-omgeving.

Onderzoekers van Cedars-Sinai namen eerst stalen af van huidcellen van volwassenen en programmeerden ze opnieuw genetisch tot geïnduceerde pluripotente stamcellen, die in staat zijn om elke mogelijk cel te creëren – in dit geval spinale motorneuronen en de binnenwand van de haarvaten in de hersenen. Het team plaatste deze cellen in de kleine kanalen van Organ-Chips, die gemaakt zijn van flexibel polymeer en die ongeveer de grootte hebben van AA batterijen. In deze chips, die gevoed worden door speciale vloeistoffen, gedijden de cellen van twee verschillende weefsels en reageerden ze op elkaar.

"Dit onderzoek heeft ons iets belangrijks aangetoond over de manier waarop onze neuronen zich ontwikkelen”, zei Clive Svendsen, PhD, professor in de geneeskunde en de biomedische wetenschappen, directeur van het Cedars-Sinai Board of Governors Regenerative Medicine Institute en de hoofdauteur van dit onderzoek. In een volgend stadium, legde hij verder uit, plannen de onderzoekers om chip technologie te gebruiken om de wisselwerking tussen bloedvaten en neuronen in ALS patiënten te vergelijken met die in personen zonder ALS.

Het onderzoek maakt deel uit van het nieuwe Patient-on-a-Chip programma, een samenwerking tussen Cedars-Sinai en Emulate Inc. in Boston om te helpen voorspellen welke behandelingen het meest effectief zullen zijn op basis van de genetische opbouw van de patiënt en de variant van de ziekte. Emulate produceert de Organ-Chips die in dit programma gebruikt worden. Geraldine A. Hamilton, PhD, voorzitter en Chief Scientific Officer van Emulate, is de coauteur van het onderzoek naar de spinale motorneuronen.

In februari hebben onderzoekers van beide organisaties aangekondigd dat ze een Intestine-Chip hebben gebruikt om een menselijke darmwand na te bootsen.

Het Patient-on-a-Chip programma is een belangrijk initiatief van het Cedars-Sinai Precision Health, dat tot doel heeft de ontwikkeling van de nieuwste technologieën en het beste onderzoek aan te sporen en, gekoppeld aan de beste klinische praktijk, een nieuw tijdperk van gepersonaliseerde gezondheid te creëren.

 

Vertaling: Katia Ombelets

Bron: EurekAlert!

Share