Nieuwe studie toont 'mini-hersenen' aan die de ontwikkeling van behandelingen voor de ziekte van Alzheimer zouden 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 miniatuurhersenen uit stamcellen te maken, had hij geen idee hoe succesvol zijn creaties zouden zijn. Nu zou het 'minibrein' van Wenzel een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop we de ziekte van Alzheimer en andere hersenziekten diagnosticeren en behandelen.

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

Wenzel, een postdoctoraal onderzoeker aan de afdeling Psychiatrie van het College of Medicine, ontwikkelde het idee van een 'minibrein' (of, formeler, een uniek cerebraal organoïdemodel) onder leiding van Dr. Darrell Musso, Ph. D.

Menselijke stamcellen kunnen worden gemanipuleerd om vrijwel elke andere cel in het lichaam te worden. Met behulp van stamcellen uit menselijk bloed kon Wenzel een miniatuur kunstorgaan creëren - ongeveer drie millimeter groot, dat visueel doet denken aan een stukje kauwgom dat iemand weer probeerde glad te strijken.

Deze 'mini-hersenen' worden gemaakt door stamcellen uit een bloedmonster te maken en die stamcellen vervolgens om te zetten in functionerende hersencellen. Het gebruik van kleine synthetische organoïden voor onderzoek is geen nieuw concept, maar de ‘mini-hersenen’ die in het laboratorium van Wenzel zijn ontwikkeld, zijn uniek. Zoals uiteengezet in het artikel van Wenzel in het tijdschrift Frontiers of Cellular Neuroscience, bestaan de hersenen van zijn laboratorium uit vier verschillende soorten hersencellen, terwijl de meeste hersenorganellen uitsluitend uit neuronen bestaan.

Tijdens tests weerspiegelen de 'mini-hersenen' van Wenzel het volwassen menselijke brein nauwkeuriger, waardoor gedetailleerder onderzoek mogelijk is naar neurologische aandoeningen bij volwassen patiënten, zoals de ziekte van Alzheimer.

En voor die “mini-hersenen” gemaakt uit stamcellen van mensen met de ziekte van Alzheimer, stelde Wenzel vast dat het kunstmatige orgaan de pathologie van Alzheimer vertoont – alleen op kleinere schaal.

"Als stamcellen elke cel in het menselijk lichaam kunnen worden, rijst de vraag: 'Kunnen we iets maken dat op een heel orgaan lijkt?'" zei Wenzel. "Terwijl we dit aan het ontwikkelen waren, had ik het gekke idee dat als dit echt menselijke hersenen waren, als een patiënt een ziekte als de ziekte van Alzheimer had en we er een 'minibrein' voor lieten groeien, dat kleine brein dan theoretisch de ziekte van Alzheimer zou hebben.".

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

Als Wenzel en zijn collega's een betrouwbare manier kunnen creëren om neurologische ziekten zoals de ziekte van 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 daarheen moeten reizen ziekenhuizen of gespecialiseerde klinieken, dit kan gezondheidszorgmiddelen aanzienlijk besparen en de last voor patiënten verminderen.

"Theoretisch gezien, als dit hulpmiddel werkt zoals wij denken dat het werkt, zouden we gewoon een bloedmonster vanuit La Loche of La Ronge naar de universiteit kunnen laten sturen en op die manier een diagnose kunnen stellen", zei hij.

De eerste proof of concept voor de 'mini-hersenen' was buitengewoon bemoedigend. Dit betekent dat de volgende stap voor Wenzel het uitbreiden van de tests naar een grotere patiëntenpool is.

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

Als voorbeeld wees Wenzel op de lange wachttijden voor een bezoek aan een psychiater in Saskatchewan. Als 'mini-hersenen' zouden kunnen worden gebruikt om te testen welk antidepressivum het beste werkt voor een depressieve patiënt, zou dit de tijd die nodig is om een arts te bezoeken en een recept te krijgen aanzienlijk kunnen verkorten.

"Mini-hersenen" in een petrischaaltje - wanneer ze zijn gemaakt uit stamcellen van mensen met de ziekte van Alzheimer, vertonen de organoïden de pathologie van Alzheimer, alleen op kleinere schaal. Credit: USask/David Stobbe.

Wenzel, een voormalige natuurkundeleraar op een middelbare school die de wereld van onderzoek en de academische wereld betrad, zei dat het de 'essentiële aspecten van onderzoek' zijn - het bedenken van een hypothese en het steeds dichter bij het testen ervan in een experiment komen - die hem enthousiast maken over zijn werk.

Het verbluffende succes van de eerste 'mini-breinen' was zo verbazingwekkend dat Wenzel toegaf dat hij er nog steeds niet helemaal omheen kon.

"Ik geloof er nog steeds niet in, maar het is ook ongelooflijk motiverend dat zoiets als dit is gebeurd", zei Wenzel. "Dit geeft mij iets waarvan ik denk dat het de samenleving zal beïnvloeden en een echt verschil zal maken en verandering zal creëren... Het heeft het potentieel om het landschap van de geneeskunde te veranderen."

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Cellular Neuroscience.