Brain-on-a-chip, hersenactiviteit in het laboratorium als alternatief voor dierproeven

In het laboratorium van het Maastricht UMC+ is het gelukt om in operatief verwijderd hersenweefsel gedurende zes dagen activiteit te meten. Dit 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, zo meldt Maastricht UMC+

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.”