Mini-hersenen kweken om aandoeningen te begrijpen en medicijnen te testen
Hersencellen van mensen met een verstandelijke beperking of bepaalde ontwikkelingsstoornissen communiceren anders met elkaar dan de hersencellen van mensen zonder die afwijkingen. Dat hebben onderzoekers van het Radboudumc ontdekt door de elektrische hersengolven van beide groepen met elkaar te vergelijken. Hun bevindingen zijn recent gepubliceerd in Nature Communications.
De onderzoekers hebben in het lab uit huidcellen van patiënten met het Kleefstra-syndroom en van mensen uit een controlegroep mini-hersenen gekweekt. Het Kleefstra-syndroom is een genetische ontwikkelingsstoornis dat bij ongeveer honderd mensen in ons land voorkomt. Patiënten hebben meestal een verstandelijke beperking en kunnen ook lijden aan bijvoorbeeld epilepsie, aangeboren hart- en nierafwijkingen, oog- en gehoorproblemen, autisme en andere psychiatrische stoornissen
Voor het Kleefstra-syndroom is ook ontdekt welk deel van de hersenen die afwijkende elektrische golven veroorzaakt. Vervolgens is gebleken dat een al bestaand medicijn in muizen en in de gekweekte minihersenen die afwijkende communicatiepatronen corrigeert.
Verminderen
De onderzoekers gaan nu kijken of muizen met het Kleefstra-syndroom goed reageren op de behandeling. Als dat het geval is zou er op termijn een onderzoek kunnen beginnen met patiënten met het Kleefstra-syndroom. "Maar eerst moeten we beter snappen voor welke symptomen het model van toepassing is", zegt Tjitske Kleefstra, de ontdekker van het gelijknamige syndroom.
"Hun aangeboren verstandelijke beperking kunnen we niet verhelpen. We hopen wel andere symptomen te kunnen verzachten en de terugval die veel patiënten in hun puberteit of adolescentie krijgen te verminderen."
Het Nijmeegse onderzoek heeft een veel breder belang dan het Kleefstra-syndroom alleen. "Deze onderzoekstechniek is een prachtig model om genetische afwijkingen te onderzoeken en medicijnen te testen. We kijken bijvoorbeeld ook naar epilepsie en schizofrenie. Het model lijkt ook bruikbaar voor onderzoek naar het syndroom van Down en misschien ook voor onderzoek naar erfelijke vormen van dementie."
Chip in petrischaaltje
Hoofdonderzoeker Nael Nadif Kasri heeft uit huidcellen van patiënten met het Kleefstra-syndroom en van gezonde mensen in een petrischaaltje met een chip erin hersencellen opgekweekt.
- NOS/Martijn van der Zande
De petrischaaltjes met chip waarin de hersencellen worden opgekweekt - NOS/Martijn van der Zande
Het apparaat waarin de elektrische hersengolven worden afgetapt
Die gekweekte hersencellen zijn netwerken gaan vormen, minihersenen. Dankzij de chip in het labschaaltje konden de onderzoekers de communicatie tussen de hersencellen aftappen.
De elektrische golven in de hersenen van Kleefstra-patiënten vertonen een patroon dat sterk afwijkt van dat bij gezonde mensen. Bij die laatste treden snel achter elkaar kleine, korte uitslagen op in het golfpatroon. Bij Kleefstra-patiënten gebeurt dat veel trager. Die uitslagen zijn bovendien veel groter en duren een stuk langer.
- Radboudumc/Nael Nadif Kasri
Zo zien de hersengolven van gezonde personen uit de controlegroep eruit - Radboudumc/Nael nadif Kasri
Ingezoomd beeld van de communicatie van gezonde hersencellen - Radboudumc/Nael Nadif Kasri
Hersengolven van een patiënt met het Kleefstra-syndroom - Radboudumc/Nael Nadif Kasri
Ingezoomd beeld van de elektrische activiteit van met elkaar communicerende mini-hersenen van een Kleefstra-patiënt
Andere genetische ontwikkelingsstoornissen gaan ook gepaard met afwijkingen in het patroon van de elektrische hersengolven.
Ernstige epilepsie
"De afgelopen anderhalf jaar ben ik al bezig met het onderzoek naar het Dravet syndroom", vertelt Nadif Kasri. Bij Dravet krijgen heel jonge kinderen zware epileptische aanvallen die hun hersenen beschadigen. "Het is van belang om daarbij zo vroeg mogelijk in te grijpen. Daarom testen we nu op in petrischaaltjes gekweekte mini-hersenen de pakweg twintig bestaande medicijnen tegen epilepsie of combinaties van die middelen. Die testen we allemaal tegelijk in verschillende schaaltjes."
Nadif Kasri legt uit dat hij dat in een retrospectieve studie met veertig patiënten doet. Van die patiënten is al bekend wat voor hun het beste medicijn is. Uit huid- en bloedcellen van de patiënten zijn hersencellen gekweekt. "Als dan in het lab blijkt dat het medicijn dat ze gebruiken ook in de mini-hersenen het beste effect geeft, dan is deze methode om medicijnen te testen meteen gevalideerd."
"De volgende stap is dan", legt hij uit, "om nieuwe patiënten te behandelen met de standaardmiddelen en vervolgens meteen in het lab mini-hersenen te gaan kweken met cellen van die patiënten en daarop zo snel mogelijk alle beschikbare anti-epileptica te testen."