Onderzoekers creëren 'minibrein' in labo om neurologische ziektes te bestuderen

18-03-2016

Gebruik van menselijke structuren kan zorgen voor beter onderzoek en tests op dieren inperken

Onderzoekers aan de Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health zeggen dat ze een minuscuul 'minibrein' hebben ontwikkeld dat bestaat uit een groot aantal van de neuronen en cellen van het menselijk brein – en zelfs een deel van de functionaliteit ervan. Het kan ook op grote schaal worden vermenigvuldigd.

Deze 'minihersenen' zullen worden besproken op de conferentie van de American Association for the Advancement of Science in Washington, DC op 12 februari tijdens een persbriefing en tijdens een sessie op 13 februari. De onderzoekers zeggen dat het creëren van dit 'minibrein' de manier waarop nieuwe geneesmiddelen worden getest op efficiëntie en veiligheid drastisch kan veranderen en dat de 'minihersenen' de plaats kunnen innemen van honderdduizenden dieren die worden gebruikt voor neurologisch wetenschappelijk onderzoek in de Verenigde Staten. Onderzoek op basis van deze driedimensionale 'minihersenen' – 'balletjes' van hersencellen die in een tijdsbestek van acht weken zelfstandig groeien en op hersenfuncties gelijkende structuren ontwikkelen – zou superieur moeten zijn aan het bestuderen van muizen en ratten omdat ze zijn gebaseerd op menselijke cellen in plaats van op die van knaagdieren, aldus de wetenschappers.

"Vijfennegentig procent van de geneesmiddelen die veelbelovend lijken wanneer ze op dierenmodellen worden uitgetest, hebben geen effect op mensen, en dat betekent veel verloren tijd en verspild geld", zegt Thomas Hartung, MD, PhD, het hoofd van de studie. professor voor Doerenkamp-Zbinden en voorzitter van Evidence-based Toxicology aan de Bloomberg School. "Knaagdiermodellen hebben hun nut dan wel bewezen, maar wij zijn geen ratten van 70 kilo. Natuurlijk zijn we ook geen celballetjes, maar die leveren vaak betere informatie op dan knaagdieren."

"Wij zijn ervan overtuigd dat de toekomst van hersenonderzoek minder zal steunen op dieren en meer op menselijke, celgebaseerde modellen."

Hartung en zijn collega's creëerden dit brein aan de hand van 'induced pluripotent stem cells' (iPSCs, geïnduceerde pluripotente stamcellen). Het gaat om volwassen cellen die genetisch geherprogrammeerd werden naar een embryonische stamcelachtige toestand en daarna worden gestimuleerd om zich om te vormen tot hersencellen. Om de minihersenen te creëren, werden huidcellen van een aantal gezonde volwassenen gebruikt, maar Hartung zegt dat cellen van mensen met bepaalde genetische kenmerken of ziektes ook kunnen worden gebruikt om hersenen te creëren voor de studie van diverse types farmaceutische middelen. Hij zegt dat de hersenen kunnen worden gebruikt om Alzheimer, Parkinson, multiple sclerose en zelfs autisme te bestuderen. Projecten voor het onderzoeken van virale infecties, trauma's en beroerten zijn in de opstartfase.

De minihersenen van Hartung zijn erg klein – ze hebben een doorsnede van 350 micrometer, ongeveer de grootte van het oog van een huisvlieg, en zijn nog net zichtbaar met het blote oog. In elke batch kunnen honderden tot duizenden exacte copies worden geproduceerd. In het labo volstaat één enkele petrischaal om er honderd te kweken. Nadat ze zowat twee maanden waren gecultiveerd, ontwikkelden de minihersenen vier types neuronen en twee types ondersteunende cellen: astrocyten en oligodendrocyten. Die laatste creëren daarna myeline, dat de axonen van de neuronen isoleert en ze de mogelijkheid biedt sneller te communiceren.

De onderzoekers konden zien hoe de myeline zich ontwikkelde en hoe hij de axonen omhulde. De hersenen vertoonden zelfs spontane elektrofysiologische activiteit, die kon worden vastgelegd met behulp van elektroden, zoals bij een elektro-encefalogram, ook gekend onder de naam EEG. Om ze te testen, plaatsten de onderzoekers een minibrein op een reeks elektroden en luisterden ze naar de spontane elektrische communicatie van de neuronen terwijl de testgeneesmiddelen werden toegevoegd.

"Dit is niet het eerste hersenmodel en we beweren ook niet dat het het beste is", zegt Hartung, die ook directeur is van centrum van de school voor alternatieven van dierentests.

"Wel is het het meest gestandaardiseerde en bij het testen van geneesmiddelen is het van kapitaal belang dat de bestudeerde cellen zo gelijkaardig mogelijk zijn om de meest vergelijkbare en accurate resultaten te verkrijgen."

Hartung heeft een patentaanvraag ingediend voor het minibrein en ontwikkelt nu ook een commerciële entiteit genaamd ORGANOME om ze te produceren. Hij hoopt dat de productie in 2016 kan starten. Hij zegt dat de minihersenen gemakkelijk te reproduceren zijn en hoopt dat ze door zoveel mogelijk wetenschappers zullen worden gebruikt. "Alleen als er zoveel mogelijk van dit soort hersenmodellen in labo's worden gebruikt, zullen we tests op dieren op grote schaal kunnen vervangen", zegt hij.

Het werk werd ondersteund door de National Institutes of Health’s National Center for Advancing Translational Sciences (U18TR000547), de Alternatives Research & Development Foundation en het Bart McLean Fund for Neuroimmunology Research/Project Restore.

Andere onderzoekers die meewerkten aan het project zijn onder anderen David Pamies, Paula Barreras, Katharina Block, Georgia Makri, Anupama Kumar, Daphne Wiersma, Lena Smirnova, Che Zang, Joseph Bressler, Kimberly M. Christian, Georgina Harris, Guo-li Ming, Cindy J. Berlincke, Kelly Kyro, Hongjun Song, Carlos Pardo, Thomas Hartung en Helena T. Hogberg.

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: Johns Hopkins Bloomberg École de santé publique

Share