Wetenschappers hebben een unieke organoïde gekweekt die de volledige hersenen nabootst

Onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben een unieke menselijke hersenorganoïde gekweekt, die zenuwweefsel en rudimentaire bloedvaten bevat. Deze ontwikkeling zou een doorbraak kunnen betekenen in de studie van neuropsychiatrische aandoeningen zoals autisme.

"We hebben een organoïde van de volgende generatie gecreëerd", aldus hoofdauteur Annie Kathuria, universitair docent aan de afdeling Biomedische Technologie van de Universiteit van New York (JHU) die onderzoek doet naar hersenontwikkeling en neuropsychiatrische aandoeningen. "Normaal gesproken worden in studies organoïden gecreëerd die slechts één deel van de hersenen vertegenwoordigen: de cortex, de achterhersenen of de middenhersenen. Wij zijn erin geslaagd een rudimentaire organoïde van de hele hersenen te kweken die we een multiregionale hersenorganoïde (MRBO) noemen."

Het werk, gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science, is een van de eerste keren dat wetenschappers een organoïde hebben gecreëerd die weefsel uit alle belangrijke hersengebieden met elkaar in wisselwerking brengt. Dit is vooral belangrijk voor het bestuderen van ziekten die de hele hersenen aantasten, zoals schizofrenie of autisme. Tot nu toe werden dergelijke studies voornamelijk uitgevoerd op diermodellen.

Om MRBO te kweken, kweekte Kathuria's team eerst zenuwcellen uit verschillende delen van de hersenen, evenals rudimentaire bloedvaten, in aparte schaaltjes. Vervolgens verbonden ze deze delen met speciale 'lijm'-eiwitten, waardoor de weefsels aan elkaar konden groeien en met elkaar konden communiceren. Naarmate de organoïde groeide, begonnen er elektrische signalen te ontstaan, wat duidde op activiteit van het neurale netwerk.

De gecreëerde organoïde bevatte een breed scala aan neuronale cellen, vergelijkbaar met die in de hersenen van een menselijk embryo op de 40e dag van de ontwikkeling. De in het laboratorium gecreëerde mini-hersenstructuur slaagde erin om ongeveer 80% van de celtypen te reproduceren die kenmerkend zijn voor de vroege fase van de menselijke hersenontwikkeling.

Hoewel de MRBO aanzienlijk kleiner is dan de echte hersenen (ongeveer 6-7 miljoen neuronen, tegenover tientallen miljarden bij een volwassene), biedt het een uniek platform voor het bestuderen van de ontwikkeling van de hersenen als geheel.

Op de organoïde was ook een vroege vorm van de bloed-hersenbarrière te zien, een laag cellen die de doorgang van stoffen naar de hersenen reguleert.

"Als we neurologische ontwikkelingsstoornissen of psychiatrische aandoeningen willen begrijpen, moeten we met menselijke cellen werken. Maar ik kan niet zomaar iemand vragen om zijn of haar hersenen aan mij te 'lenen' om autisme te bestuderen," legt Kathuria uit. "Met complete hersenorganoïden kunnen we de ziekteprogressie in realtime observeren, behandelingen testen en zelfs therapieën op maat ontwikkelen."

Wetenschappers merken op dat het gebruik van dergelijke organoïden om nieuwe medicijnen te testen de efficiëntie van klinische studies zou kunnen verbeteren. Momenteel faalt 85% tot 90% van de medicijnen in fase I-onderzoeken bij mensen, en voor neuropsychiatrische medicijnen ligt het faalpercentage zelfs nog hoger – tot wel 96%. Dit komt doordat diermodellen meestal in de vroege ontwikkelingsfasen worden gebruikt, terwijl MRBO de ontwikkeling van de menselijke hersenen beter reproduceert en als een nauwkeuriger model kan dienen.

"Schizofrenie, autisme en de ziekte van Alzheimer beïnvloeden de hele hersenen, niet alleen specifieke hersengebieden", zegt Kathuria. "Als we begrijpen wat er misgaat in de vroegste ontwikkelingsstadia, kunnen we nieuwe doelwitten vinden voor therapie en medicijnontwikkeling. We kunnen medicijnen direct in deze organoïden testen en hun effectiviteit beoordelen voordat ze klinische studies op mensen ondergaan."