Nieuw onderzoek toont aan dat 'mini-hersenen' de ontwikkeling van behandelingen voor de ziekte van Alzheimer kunnen versnellen

Met behulp van een innovatieve nieuwe methode creëert een onderzoeker van de Universiteit van Saskatchewan (USask) miniatuur pseudo-organen uit stamcellen om de ziekte van Alzheimer te diagnosticeren en te behandelen.

Toen Dr. Tyler Wenzel, Ph.D., voor het eerst op het idee kwam om een miniatuurbrein te creëren uit stamcellen, had hij geen idee hoe succesvol zijn creaties zouden zijn. Nu zou Wenzels "minibrein" een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop we Alzheimer en andere hersenziekten diagnosticeren en behandelen.

"Nooit in onze stoutste dromen hadden we gedacht dat ons krankzinnige idee zou werken," zei hij. "Deze [mini-hersenen] zouden gebruikt kunnen worden als een diagnostisch hulpmiddel, gemaakt van bloed."

Wenzel, een postdoctoraal onderzoeker aan de afdeling Psychiatrie van het College of Medicine, ontwikkelde het idee van de "mini-hersenen" - of, formeler, een uniek model van een hersenorganoïde - onder leiding van Dr. Darrell Musso, Ph.D.

Menselijke stamcellen kunnen worden gemanipuleerd om zich te ontwikkelen tot vrijwel elke andere cel in het lichaam. Met behulp van stamcellen uit menselijk bloed slaagde Wenzel erin een miniatuur kunstmatig orgaan te creëren – ongeveer drie millimeter groot, dat visueel lijkt op een stukje kauwgom dat iemand heeft geprobeerd weer glad te strijken.

Deze "minihersenen" worden gecreëerd door stamcellen te maken uit een bloedmonster en deze vervolgens om te zetten in functionerende hersencellen. Het gebruik van kleine synthetische organoïden voor onderzoek is geen nieuw concept, maar de "minihersenen" die in Wenzels lab zijn ontwikkeld, zijn uniek. Zoals beschreven in Wenzels artikel in het tijdschrift Frontiers of Cellular Neuroscience, bestaan de hersenen in zijn lab uit vier verschillende soorten hersencellen, terwijl de meeste hersenorganoïden uitsluitend uit neuronen bestaan.

Uit tests blijkt dat de 'minihersenen' van Wenzel een betere afspiegeling vormen van de hersenen van volwassen mensen, waardoor gedetailleerdere studies naar neurologische aandoeningen bij volwassenen, zoals de ziekte van Alzheimer, mogelijk zijn.

Bij de 'mini-hersenen' die waren gecreëerd uit stamcellen van mensen met Alzheimer, ontdekte Wenzel dat het kunstmatige orgaan dezelfde ziektebeelden vertoonde als Alzheimer, maar dan op kleinere schaal.

"Als stamcellen zich tot elke cel in het menselijk lichaam kunnen ontwikkelen, werd de vraag: 'Kunnen we iets creëren dat op een heel orgaan lijkt?'", aldus Wenzel. "Tijdens de ontwikkeling hiervan kreeg ik het bizarre idee dat als dit daadwerkelijk menselijke hersenen waren, als een patiënt een ziekte als Alzheimer had, en we een 'minibrein' kweekten, dat kleine brein theoretisch gezien Alzheimer zou hebben."

Wenzel merkte op dat deze technologie de potentie heeft om de manier waarop zorg wordt verleend aan mensen met de ziekte van Alzheimer te veranderen, vooral in landelijke en afgelegen gemeenschappen. Dit baanbrekende onderzoek heeft al steun ontvangen van de Alzheimer Society of Canada.

Als Wenzel en zijn collega's een betrouwbare manier kunnen ontwikkelen om neurologische aandoeningen zoals Alzheimer te diagnosticeren en te behandelen met slechts een klein bloedmonster, dat relatief lang houdbaar is en per koerier kan worden verzonden, in plaats van dat patiënten naar ziekenhuizen of gespecialiseerde klinieken hoeven te reizen, kan dat de kosten voor gezondheidszorg aanzienlijk verlagen en de last voor patiënten verlichten.

"In theorie, als dit instrument werkt zoals wij denken, kunnen we gewoon een bloedmonster van La Loche of La Ronge naar de universiteit sturen en op die manier een diagnose stellen," zei hij.

De eerste bewijzen van het concept voor de 'minihersenen' zijn zeer bemoedigend. Dit betekent dat Wenzel als volgende stap wil beginnen met het uitbreiden van de tests naar een grotere groep patiënten.

De onderzoekers zijn ook geïnteresseerd in het uitbreiden van de reikwijdte van hun mini-hersenonderzoek. Als ze kunnen bevestigen dat de mini-hersenen andere hersenziekten of neurologische aandoeningen accuraat weerspiegelen, zouden ze gebruikt kunnen worden om de diagnose te versnellen of de effectiviteit van medicijnen bij patiënten te testen, aldus Wenzel.

Wenzel wees bijvoorbeeld op de lange wachttijden bij een psychiater in Saskatchewan. Als de "minihersenen" gebruikt zouden kunnen worden om te testen welk antidepressivum het beste werkt voor een depressieve patiënt, zou dat de tijd die nodig is om naar de dokter te gaan en een recept te krijgen aanzienlijk kunnen verkorten.

Een 'minibrein' in een petrischaaltje - wanneer ze worden gemaakt van stamcellen van mensen met Alzheimer, vertonen de organoïden Alzheimer-pathologie, maar dan op kleinere schaal. Bron: USask/David Stobbe.

Wenzel, een voormalig leraar natuurwetenschappen op een middelbare school die de overstap maakte naar de wereld van onderzoek en de academische wereld, zei dat het "de essentie van onderzoek" is - het bedenken van een hypothese en deze vervolgens stap voor stap testen in een experiment - die hem enthousiast maakt over zijn werk.

Het verbluffende succes van de eerste 'minihersenen' was zo verbazingwekkend dat Wenzel toegaf dat hij het nog steeds niet helemaal begrijpt.

"Ik kan het nog steeds niet geloven, maar het is ook enorm motiverend dat zoiets is gebeurd", zei Wenzel. "Het geeft me iets waarvan ik denk dat het de maatschappij zal beïnvloeden, een echt verschil zal maken en verandering teweeg zal brengen... het heeft de potentie om het medische landschap te veranderen."

De resultaten van het werk worden gedetailleerd beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Cellular Neuroscience.