Q&A - Revolutie voor hersenonderzoek: nieuwe mini-organen

Een organoïde is een soort 3D mini-orgaan. Het wordt gekweekt in het lab uit cellen van het menselijk lichaam. In dit geval gaat het om hersencellen. Met een organoïde kunnen wetenschappers de werking van een echt orgaan nabootsen in het lab. Met de mini-hersenen kan er nieuw onderzoek gedaan worden naar hoe de hersenen werken. Bijvoorbeeld hoe ze zich ontwikkelen. Of wat er gebeurt als die ontwikkeling verkeerd gaat – bijvoorbeeld bij een hersentumor. Deze organoïden zijn ook belangrijk bij het bestuderen van de behandeling van ziekten die gerelateerd zijn aan de ontwikkeling van de hersenen.

Nee. De mini-hersenen zijn gekweekt uit kleine stukjes van een menselijk brein in ontwikkeling. Het zijn stukjes uit een specifiek onderdeel van de hersenen. Een volledig brein in een mens is heel complex, met verschillende gebieden die met elkaar in verbinding staan. Dat is dus niet het geval bij de mini-hersenen. 

De mini-hersenen zoals ze nu zijn ontwikkeld, blijven in dezelfde fase van de ontwikkeling als het stukje hersenen waaruit ze zijn gekweekt. Onderzoekers kunnen ze stimuleren om verder te rijpen; dan krijgen ze kenmerken van een later stadium in de ontwikkeling. Dat kan belangrijk zijn om de ontwikkeling van de hersenen beter te begrijpen. Het is nog niet bekend of er een grens gelegd wordt op de rijping. Het is belangrijk om samen met bio-ethici verdere stappen die de complexiteit en gerijptheid van deze mini-hersenen vergroten, actief te evalueren.

3D mini-organen worden gekweekt uit twee verschillende bronnen. De eerste zijn zogenaamde pluripotente stamcellen – dat zijn speciale cellen die nog tot veel andere soorten cellen kunnen uitgroeien. De tweede is menselijk weefsel – van een foetus of een volwassene. Deze twee soorten mini-organen hebben verschillende voordelen, en vullen elkaar dus goed aan als ‘gereedschap’ voor wetenschappelijk onderzoek. 

Tot nu toe was het nog niet gelukt om hersenorganoïden uit weefsel te maken. In het nieuwe onderzoek is dat wel gelukt. Het voordeel is dat alle verschillende hersencellen in de mini-hersenen op een natuurlijke manier zijn ontwikkeld. De instructies van welk celtype ze moesten worden kwam vanuit het weefsel zelf, en werd niet gestuurd door de onderzoekers. Daarom kunnen deze zelf-organiserende organoïden onderzoekers helpen om andere, nieuwe vragen te beantwoorden over hoe de hersenen – en hersenziekten zoals hersentumoren – zich ontwikkelen. 

Het weefsel kwam meestal van geplande abortussen. Het weefsel kwam van gezond abortusmateriaal, uit de zwangerschapsweken 12 tot 15, van volledig anonieme donoren. De anonieme vrouwen doneerden het weefsel vrijwillig en met geïnformeerde toestemming. De donoren wisten dat het materiaal alleen voor onderzoeksdoeleinden zou worden gebruikt. Hen was verteld dat het onderzoek kon zijn over het begrijpen van de normale ontwikkeling van organen, inclusief de mogelijkheid om cellen te kweken van het gedoneerde materiaal.

De reden voor het gebruik van abortusweefsel uit dit stadium was vooral biologisch. In deze fase van de ontwikkeling ontstaan nieuwe zenuwcellen. Dit is een heel interessant stadium om de neurale stamcellen te bestuderen en hoe ze zich tot verschillende soorten neuronen ontwikkelen. De onderzoekers denken dat het ook mogelijk is om organoïden te kweken uit andere fases van de ontwikkeling. Dat kan informatie geven over de verschillende stappen die tijdens de ontwikkeling van de hersenen plaatsvinden. Daarom houden ze dit in gedachten voor toekomstig onderzoek. 

Dit is een complexe vraag die binnen de onderzoeksgemeenschap controversieel is. We weten dat het waarschijnlijk is dat bewustzijn na de geboorte wordt gevormd. Een ontwikkeld neuraal systeem is noodzakelijk maar niet voldoende voor pijnervaring, de ontwikkeling van de geest is noodzakelijk om de subjectiviteit van pijn te begrijpen. Sommige onderzoeken suggereren dat de ontwikkeling van het sensorische zenuwstelsel dat geassocieerd is met pijngewaarwording kan beginnen rond de 26 weken in de zwangerschap, maar dan nog is de pijngewaarwordingservaring als kind en volwassene gerelateerd aan het bewustzijn. Dit is iets dat pas na de geboorte begint.

Dat kan, na ethische toestemming en goedkeuring van hun onderzoek door de relevante commissies. De toegang tot foetaal materiaal is beperkt. Met het onderzoek bieden de wetenschappers ook een manier om dit kostbare materiaal te vermeerderen. Zo kan de onderzoeksgemeenschap er optimaal gebruik van maken wat mogelijk resulteert in belangrijke nieuwe bevindingen over de ontwikkeling van de hersenen en hersenziekten.

Niet per se. Bij sommige organen zijn er grote verschillen tussen menselijke en dierlijke modellen. Zo zijn er grote verschillen tussen de ontwikkeling van menselijke hersenen en de ontwikkeling van hersenen bij muizen: er zijn verschillende celtypen bij betrokken en verschillende genen zijn belangrijk. Bij onderzoek naar de hersenen zijn menselijke modellen dus van groot belang. Maar ook diermodellen zijn van onschatbare waarde geweest en zullen dat in de toekomst ook blijven. 

Er is een groot verschil tussen een model in een schaaltje, hoe nauwkeurig ook, en een levend organisme. Onderzoek met organoïden is passend voor andere onderzoeksvragen dan diermodellen.. Je kunt de interactie tussen verschillende organen bijvoorbeeld niet bestuderen met organoïden, daarvoor zijn dierproeven nodig. Ook voor effecten van medicijnen of andere stoffen op het hele lichaam zijn nog steeds dierproeven nodig. 

Lees hier meer over ons onderzoek met proefdieren.