Brain-on-a-chip
ArrayHersenactiviteit in het laboratorium
In het laboratorium van het Maastricht UMC+ is het gelukt om in operatief verwijderd hersenweefsel gedurende zes dagen activiteit te meten. Dit unieke model geeft een nieuw perspectief op het ontwikkelen van een brain biopsy-on-a-chip ten behoeve van medisch-wetenschappelijk onderzoek. Het gebruik van proefdieren voor hersenonderzoek kan daardoor verminderen.
De samenleving is in toenemende mate kritisch over nut en noodzaak van het gebruik van proefdieren voor medisch-wetenschappelijk onderzoek. Daarnaast begrijpen onderzoekers steeds beter waarom een dierproef een beperkte voorspellende waarde heeft voor de uitkomst van een vervolgstudie in patiënten. Deze recente bewustwording heeft de zoektocht naar proefdiervrije modellen in een stroomversnelling gebracht. Zo zijn er op diverse plaatsen in de wereld onderzoeksgroepen die van menselijke stamcellen mini-organen maken (ook wel organoïden geheten). De menselijke hersenen zijn qua structuur en functie dermate complex dat het maken van een mini-brein uit menselijke stamcellen nog in de beginfase van ontwikkeling is.
Brain biopsy-on-a-chip
Onderzoekers van het Academisch Centrum voor Epileptologie van het Maastricht UMC+, de TU Eindhoven en het LUMC hebben gezamenlijk een nieuw concept uitgewerkt, waarbij hersenweefsel buiten het lichaam actief blijft. Dit model bestaat uit drie lagen. De basis is een printplaat (soort chip) met 120 electroden (contactpunten). Op deze plaat werden stamcellen gekweekt die door stimulatie uitgroeiden tot een laagje zenuwcellen. Doel hiervan is dat deze zenuwcellen contact maken met de electroden, zodat elektrische activiteit gemeten kan worden. Uiteindelijk werd een stukje menselijk hersenweefsel dat tijdens een epilepsiebehandeling chirurgisch verwijderd werd, direct op de zenuwcellaag geplaatst.
De gedachte was dat de zenuwcellaag tussen het hersenweefsel en de electroden als biologische schakel zou functioneren en activiteit in het hersenweefsel zou kunnen doorgeven aan de electroden. Dit brain biopsy-on-a-chip model werd in kweek gehouden en vertoonde na zes dagen nog epileptische activiteit. Potentie
De Maastrichtse hersenonderzoeker Dr. Govert Hoogland ziet grote mogelijkheden: “Nieuwe experimenten zullen moeten uitwijzen of dit een bruikbaar model is maar onze benadering levert in potentie een klinisch relevant alternatief op voor proefdiervrij hersenonderzoek van bijvoorbeeld epilepsie. Het opent daarmee de weg om nieuwe, gepersonaliseerde behandelingen te evalueren.”
Samenwerking
Voor dit onderzoek verleende ZonMw een Off Road subsidie aan Jean-Philippe Frimat. Het programma Off Road geeft ruimte aan jonge onderzoekers voor baanbrekend- onconventioneel onderzoek. Het onderzoek betreft (bio)medische- en/of gezondheidszorgwetenschappen als onderzoekterrein(en) en het doel is om jonge (bio)medische- en gezondheidsonderzoekers uit te dagen om nieuwe inzichten en onverwachte doorbraken in medisch en/of gezondheidsonderzoek te bewerkstellingen.Dr. J.P. Frimat en dr. R. Luttge, onderzoeksgroep Neuro-Nanoscale Engineering, divisie Microsystems (TU/e), ontwikkelden het idee en de kweekmaterialen. Dr. J.P. Frimat is tegenwoordig werkzaam bij de afdeling Humane Genetica en Neurologie (LUMC).
Dr. O. Schijns, dr. J. Dings, dr. K. Rijkers en dr. G. Hoogland, afdeling Neurochirurgie en school for Mental Health and Neuroscience (MUMC+) hebben het idee en de kweekmaterialen toegepast in menselijk hersenweefsel.Promovendus M. Hu en prof. A. van Maagdenberg, afdeling Humane Genetica en Neurologie (LUMC), hebben de gemeten activiteit geanalyseerd.Het onderzoeksartikel Spontaneous Epileptic Recordings from hiPSC-Derived Cortical Neurons Cultured with a Human Epileptic Brain Biopsy on a Multi Electrode Array is recent verschenen inApplied Sciences:https://doi.org/10.3390/app13031432
Bron: Maastricht Universitair Medisch Centrum+
