Een innovatief 3D-geprint breinmodel, ontwikkeld door onderzoekers van POSTECH in Zuid-Korea, kan een belangrijke doorbraak betekenen in het begrijpen en vroegtijdig opsporen van neurodegeneratieve aandoeningen zoals Alzheimer en Parkinson. Het zogenoemde Bioengineered Neural Network (BENN) bootst op unieke wijze zowel de structuur als functie van het menselijk brein na, en opent daarmee nieuwe mogelijkheden voor preklinisch onderzoek en het testen van behandelstrategieën in een gecontroleerde laboratoriumomgeving.
Het BENN-model onderscheidt zich van bestaande 2D-celculturen en organoïden door zijn driedimensionale opbouw en realistische weefselcompartimentering. Zo is het model opgebouwd uit afzonderlijke delen die de grijze en witte stof van het brein nabootsen met neuronale celkernen in de grijze stof en uitgelijnde axonen in de witte stof. Met behulp van elektrische stimulatie konden de onderzoekers axonale groei in specifieke richtingen sturen, waardoor functionele neurale netwerken ontstonden die sterk overeenkomen met natuurlijke signaalpaden in de hersenen.
Klinische relevantie getest
Om het model klinisch relevant te testen, werd onderzocht hoe matige alcoholconsumptie de hersenfunctie beïnvloedt. Gedurende drie weken werd het model dagelijks blootgesteld aan ethanol in een concentratie vergelijkbaar met sociaal drinken. De resultaten zijn opvallend: in de grijze stof werden verhoogde niveaus van Alzheimer-gerelateerde eiwitten gemeten, zoals amyloïde-bèta en tau. In de witte stof werden vervormingen en zwellingen van zenuwvezels waargenomen. Daarnaast bleek de signaalgeleiding tussen neuronen aantoonbaar verzwakt.
Volgens professor Cho maakt het BENN-model het mogelijk om elektrofysiologische processen in het brein met hoge resolutie en in realtime te monitoren. “We kunnen nu regio-specifieke neurotoxiciteit veel nauwkeuriger analyseren, wat ons dichterbij effectieve preventie en behandeling brengt.” Professor Jang vult aan: “Dit is een essentiële stap naar het ontrafelen van de vroege mechanismen achter hersenziekten.”
De technologie biedt niet alleen perspectief voor fundamenteel neurologisch onderzoek, maar ook voor de ontwikkeling van gepersonaliseerde therapieën en het nauwkeurig voorspellen van behandeluitkomsten. Daarmee vormt het BENN-platform een veelbelovende aanvulling op de instrumenten voor preklinisch onderzoek binnen neurowetenschappen en precisiegeneeskunde. Het onderzoek is gepubliceerd in het International Journal of Extreme Manufacturing.
3D-technologie voor Alzheimer onderzoek
Eerder dit jaar werd bekend dat onderzoekers van hetzelfde POSTECH een innovatief 3D-model ontwikkeld hadden dat de bloed-hersenbarrière (BBB) nauwkeurig nabootst. Dit model, opgebouwd uit een bio-inkt op basis van varkenshersenen, vormt zich spontaan tot een dubbellaagse structuur die de menselijke BBB weerspiegelt. Het biedt een geavanceerd platform om neuroinflammatie en de rol van de BBB in neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer te bestuderen.
En in 2024 ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison een baanbrekende 3D-bioprinttechniek waarmee functioneel menselijk hersenweefsel kan worden geprint. In tegenstelling tot eerdere verticale printmethoden, printen ze stamcellen horizontaal in een gelmedium, waardoor de cellen zich kunnen organiseren tot neurale netwerken die met elkaar communiceren. Dit model bevat zowel neuronen als gliacellen en biedt nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van neurologische aandoeningen zoals Alzheimer en Parkinson. Hoewel de techniek veelbelovend is, erkennen de onderzoekers dat de complexiteit van het menselijk brein nog niet volledig nagebootst kan worden.
