Onderzoekers van het Academisch Centrum voor Epileptologie van het Maastricht UMC+, de TU Eindhoven en het LUMC zijn er in geslaagd om in operatief verwijderd hersenweefsel gedurende zes dagen activiteit te meten. Hun onderzoek moet bijdragen aan het ontwikkelen van brain biopsy-on-a-chip voor medisch-wetenschappelijk onderzoek. Het gebruik van proefdieren voor hersenonderzoek kan zo beperkt worden.
Proefdieronderzoek voor medisch-wetenschappelijk onderzoek kan rekenen op steeds meer maatschappelijke kritiek. Daarnaast zien onderzoekers steeds beter waarom een dierproef een beperkte voorspellende waarde heeft voor de uitkomst van een vervolgstudie in patiënten, aldus Maastricht UMC+. Onder meer via 3D printing en met inzet van AI-modellen wordt gebruik van proefdieren voor bijvoorbeeld medicijntesten al teruggebracht.
Mini-brein nog in beginfase
Meerdere onderzoeksgroepen wereldwijd maken van menselijke stamcellen mini-organen (organoïden) om deze te gebruiken voor medisch-wetenschappelijk onderzoek. De menselijke hersenen zijn qua structuur en functie echter nog zo complex, dat het maken van een mini-brein uit menselijke stamcellen nog in de beginfase van ontwikkeling is.
Maastricht UMC+, TU Eindhoven en het LUMC (Leiden), hebben nu samen een concept uitgewerkt, waarbij hersenweefsel buiten het lichaam actief blijft. Dit model bestaat uit drie lagen:
- De basis is een printplaat met 120 electroden (contactpunten).
- Op deze plaat werden stamcellen gekweekt die door stimulatie uitgroeiden tot een laagje zenuwcellen. Deze zenuwcellen moeten contact maken met de electroden, zodat elektrische activiteit gemeten kan worden.
- Uiteindelijk werd menselijk hersenweefsel dat tijdens een epilepsiebehandeling chirurgisch verwijderd werd, direct op de zenuwcellaag geplaatst. Het idee was dat de zenuwcellaag tussen het hersenweefsel en de electroden als biologische schakel zou functioneren en activiteit in het hersenweefsel kon doorgeven aan de electroden.
Mogelijkheden brain biopsy-on-a-chip
De onderzoekers hielden dit brain biopsy-on-a-chip model in kweek. Het vertoonde na zes dagen nog steeds epileptische activiteit. De Maastrichtse hersenonderzoeker Dr. Govert Hoogland ziet dan ook grote mogelijkheden van het nieuwe concept.
“Nieuwe experimenten zullen moeten uitwijzen of dit een bruikbaar model is, maar onze benadering levert in potentie een klinisch relevant alternatief op voor proefdiervrij hersenonderzoek van bijvoorbeeld epilepsie. Het opent daarmee de weg om nieuwe, gepersonaliseerde behandelingen te evalueren.”
Off Road-subsidie
Wetenschapsfinancierder ZonMw heeft voor het onderzoek een Off Road-subsidie aan Jean-Philippe Frimat verleend. Het Off Road-programma geeft ruimte aan jonge onderzoekers voor baanbrekend- onconventioneel onderzoek in (bio)medische- en/of gezondheidszorgwetenschappen als onderzoekterrein(en). Het doel is om jonge (bio)medische- en gezondheidsonderzoekers uit te dagen om nieuwe inzichten en onverwachte doorbraken in medisch en/of gezondheidsonderzoek te bewerkstellingen.
Dr. J.P. Frimat en dr. R. Luttge, onderzoeksgroep Neuro-Nanoscale Engineering, divisie Microsystems (TU/e), ontwikkelden het idee en de kweekmaterialen. Dr. J.P. Frimat is tegenwoordig werkzaam bij de afdeling Humane Genetica en Neurologie (LUMC). Dr. O. Schijns, dr. J. Dings, dr. K. Rijkers en dr. G. Hoogland, afdeling Neurochirurgie en school for Mental Health and Neuroscience (MUMC+) hebben het idee en de kweekmaterialen toegepast in menselijk hersenweefsel. Promovendus M. Hu en prof. A. van Maagdenberg, afdeling Humane Genetica en Neurologie (LUMC), hebben de gemeten activiteit geanalyseerd.
Het onderzoeksartikel Spontaneous Epileptic Recordings from hiPSC-Derived Cortical Neurons Cultured with a Human Epileptic Brain Biopsy on a Multi Electrode Array is recent verschenen in Applied Sciences.
