Een genezende behandeling van Alzheimer bestaat niet. Dat is geen nieuws. Wel zijn er behandelingen die de progressie van de ziekte, vooral wanneer die in een vroeg stadium gediagnosticeerd wordt, (tijdelijk) kunnen tegenhouden of vertragen. De Portugese chemisch en biologisch ingenieur Dr. Raquel Rodrigues heeft, samen met collegae, een brein-op-een-chip ontwikkeld waarmee de behandeling van Alzheimer mogelijk verbeterd kan worden.
Rodrigues en haar team bouwden voor het twee jaar durende onderzoek, dat begin dit jaar afgerond werd, een unieke microchip die de hersenen emuleert. Het brein-op-een-chip - BrainChip4MED - simuleert de werking van het menselijk brein door een combinatie van chemie, technologie en biologie te gebruiken om een complex micro-biosensorsysteem te creëren voor het real-time screenen van nieuwe nanotherapeutica. De ingenieur stelt dat dit brein-op-een-chip model de sleutel kan zijn tot de ontwikkeling van effectievere behandelingen voor ernstige neurologische aandoeningen, zoals Alzheimer.
Microfuïdica
Door gebruik te maken van een technologie die microfluïdica heet, beschikt de chip over meerdere microkanalen - van tientallen tot honderden micrometers groot - waar vloeistoffen doorheen kunnen stromen. Dit maakt het mogelijk om zeer kleine hoeveelheden van een product te analyseren en veel monsters tegelijkertijd te testen, waardoor de totale testkosten fors lager uitkomen.
“Bij INL hebben we uitgebreide expertise op het gebied van microfluïdica, het veld dat het soort chip bestudeert dat we in BrainChip4MED hebben gemaakt,” aldus de onderzoekers.
Bloed-hersenbarrière
Het onderzoeksteam bootste het membraan van de bloed-hersenbarrière na op de chip met behulp van organisch materiaal. Het passeren van die barrière, die de hersenen beschermt tegen gifstoffen en waardoor ook veel medicijnen daar niet doorheen kunnen ‘breken’, is een van de grootste uitdagingen in de ontwikkeling van medicatie voor ziektes als Alzheimer.
“Op dit moment zijn er slechts vier commercieel verkrijgbare medicijnen tegen Alzheimer, en geen van deze medicijnen behandelt daadwerkelijk Alzheimer, ze werken alleen tegen de symptomen,” zegt Rodrigues. Met de ontwikkeling van medicijnen zijn enorme investeringen gemoeid. Daarom investeren farmaceutische bedrijven meestal niet in medicijnen waarvan ze niet zeker weten of ze de bloed-hersenbarrière zullen passeren.
Brein-op-een-chip
Op de door het onderzoeksteam ontwikkelde brein-op-een-chip wordt het membraan van de bloed-hersenbarrière nagebootst met behulp van organisch materiaal. Daarmee kan dan getest worden of een bepaalde stof (medicijn) in staat is het membraan – en dus de bloed-hersenbarrière – te passeren. “Ons werk onderscheidt zich van andere oplossingen. Wij gebruiken een bio-membraan dat meer lijkt op de barrière in onze hersenen. Andere apparaten gebruiken fysieke barrières, gemaakt van polymere componenten. Wij denken dat een biologische barrière superieur is”, vertelt Rodrigues.
Met dit nieuwe en verbeterde brein-op-een-chip kunnen onderzoekers medicijnen die in ontwikkeling zijn injecteren in de chip om de effecten ervan te controleren en te zien hoe goed het in staat is om de hersenen binnen te dringen. Het doel is om de manier waarop dit soort medicijnen worden ontwikkeld te veranderen.
Op dit moment worden dit soort testen meestal uitgevoerd op dieren, maar dat heeft een aantal ethische en praktische nadelen. Deze organen-op-een-chip microchips bieden een potentieel alternatief voor traditionele dierproeven. “Het brein van een dier is anders dan dat van een mens. Daarom mislukken veel medicijnen in ontwikkeling. Dierproeven reproduceren niet noodzakelijkerwijs voor mensen”, aldus Rodrigues.
Andere ontwikkelingen
De brein-op-een-chip technologie wordt ook ingezet voor andere ziekten. Zo berichtten wij deze zomer over het werk van neurowetenschapper Eline van Hugte. Zij kweet hersencellen op een chip om de diagnose en behandeling van het syndroom van Dravet, en zeldzame aangeboren vorm van epilepsie, te verbeteren.
Hersenaandoeningen zijn een van de grootste gezondheidsproblemen van dit moment. Naar schatting leven ongeveer 165 miljoen Europeanen met een hersenaandoening. Eén op de drie mensen zal ooit in zijn leven aan een neurologische en/of mentale aandoening lijden.
