De komende vijf jaar kunnen neurobiologen Femke de Vrij en Steven Kushner werken aan de ontwikkeling van 3D MICrobrains. Zij hebben een subsidie van 1 miljoen euro ontvangen voor de ontwikkeling van doelmatige humane hersenorganoïden. De nu gebruikte proefdiertests zijn niet altijd voldoende voorspellend voor de menselijke fysiologie. Humane hersenorganoïden zijn in potentie een beter voorspellend alternatief.
Op de afdeling Psychiatrie van het Erasmus MC werkten onderzoekers, waaronder neuroloog Femke de Vrij, al langer aan de ontwikkeling van hersenorganoïden. Voor hen kwam de challenge van ZonMw, met de uitdaging om praktisch toepasbare humane breinmodellen te ontwikkelen, als geroepen. Met de subsidie kunnen zij nu gaan werken aan de ontwikkeling van 3D MICrobrans.
Hersenorganoïden hebben de potentie om een betrouwbaar en beter voorspellend alternatief te worden voor proefdieronderzoek naar nieuwe medicatie voor neurologische en psychiatrische ziekten. De waarde van zogenoemde minibreintjes, in die gevallen gemaakt van huidcellen, voor hersenonderzoek werd onlangs ook aangetoond in drie publicaties van neurobioloog Nael Nadif Kasri van het Radboudumc.
Ontwikkeling 3D MICrobrains
De Vrij pakte de handschoen op en zocht contact met Core Life Analytics, een van de initiatiefnemers van de challenge. Zij ontwikkelen software om zogenaamde high content imaging beelden te analyseren.
"Wij waren al in staat om humane huid-, bloed-, en andere cellen te herprogrammeren tot pluripotente stamcellen, en die uit te laten groeien tot allerlei soorten hersencellen in 3D structuren. Daar gaan we nu 3D MICrobrains van maken. MICro staat voor 3D Myelination and Inflammation Cortical network. Het zijn 3D modellen, gemaakt van klompjes cellen die groeien op de bodem van een celkweekbakje van 3 bij 3 millimeter, waardoor ze goed te bekijken zijn onder een microscoop", vertelt Femke de Vrij
De software en technologie die private partner Core Life Analytics ontwikkelt, wordt binnen het onderzoek gebruikt om te beoordelen hoe de 3D MICrobrains zich gedragen als daar bepaalde stoffen aan worden toegevoegd. "Een geautomatiseerde microscoop maakt dan heel veel beelden van een plaat met 384 van die 3D MICrobrains en vervolgens gebruiken we speciale software en Artificial Intelligence om in die beelden te onderzoeken welke verschillen er ontstaan als je die stoffen toevoegt", aldus De Vrij.
Functioneren als menselijk brein
Het is de bedoeling dat de 3D MICrobrains op dezelfde manier functioneren als het menselijk brein, maar dan in een micro-formaat. De grootte bedraagt ongeveer een miljoenste van het normale hersenvolume. Binnen het model liggen alle cellen –neuronen, astrocyten, witte stofcellen en microglia- in dezelfde georganiseerde structuur als in de vroege ontwikkeling van de frontale cortex.
De onderzoekers gaan testen of de 3D MICrobrains hetzelfde op geneesmiddelen en voedingsstoffen reageren als een écht menselijk brein. "Een muis is geen mens, maar een hersenorganoïde is óók geen gewoon brein. We zullen dus met bestaande stoffen tests uitvoeren. We weten van bepaalde stoffen dat de microglia ervan op tilt slaan. Reageren de microglia in de 3D MICrobrains dan hetzelfde als we daar die stoffen aan toevoegen?", licht De Vrij toe.
Uiteindelijk hopen de onderzoekers dat in de 3D MICcrobrains vooral de witte stof cellen (oligodendrocyten) en de microglia goed te bestuderen zullen zijn. "Oligododendrocyten zijn belangrijk voor het maken van witte stof, dat fungeert als een soort isolatielaagje rond de uitlopers van de neuronen. En microglia zijn de cellen die betrokken zijn bij het immuunsysteem in de hersenen. Wij willen graag witte stof en ontstekingsmechanismen bestuderen, zodat we meer inzicht krijgen in psychiatrische aandoeningen. Voor deze studies hebben we hersenstructuren nodig met een humaan specifieke biologie. Proefdieren zijn hier niet geschikt voor", aldus De Vrij.
