In een petrischaal geweekte minibreintjes hebben hersengolven geproduceerd die lijken op die van een te vroeg geboren baby. Deze organoïden kunnen onderzoekers in de toekomst helpen om hersenontwikkelingsstoornissen te onderzoeken.
Een team van onderzoekers onder leiding van Alysson Muotri van de universiteit van Californië kweekte in een lab honderden hersenorganoïden. Organoïden zijn stukjes orgaanweefsel die gekweekt zijn uit stamcellen. Doordat ze lijken op echte organen, zijn ze erg geschikt voor onderzoek.
Het team heeft stamcellen geherprogrammeerd tot hersenweefsel uit de menselijke cortex – het gedeelte van het brein dat betrokken is bij de cognitie. Ze lieten de hersenorganoïden voor tien maanden op kweek groeien. Na zes maanden registreerden ze met een elektro-encefalogram (EEG) dat er in hogere mate elektrische activiteit voorkwam dan voorheen in hersenorganoïden is gemeten.
Onregelmatige activiteit
In volwassen hersenen vormen neuronen netwerken die ritmische elektrische signalen afvuren. De organoïden vertoonden echter onregelmatige elektrische activiteit die leek op die van hersenen die nog in ontwikkeling zijn. De onderzoekers vergeleken de activiteit met die van baby’s die 25 tot 39 weken na bevruchting zijn geboren. Het onderzoeksteam presenteerde de resultaten op een bijeenkomst van de Society for Neuroscience in San Diego, Californië.
Het onderzoeksteam probeert nu om de organoïden langer te laten groeien om te zien of ze zullen blijven rijpen. Ze gaan ook kijken of de organoïden kunnen functioneren als een normale cortex door ze aan te sluiten op organoïden van andere delen van de hersenen of het lichaam.
Stamcelbioloog Hans Clevers van het Hubrecht Instituut in Utrecht was de eerste die ontdekte hoe menselijke cellen buiten het lichaam kunnen groeien. Nu worden in verschillende laboratoria over de hele wereld kleine darmen, alvleesklieren, schildklieren en andere mini-organen gekweekt.
Geherprogrammeerde cellen
De hersenorganoïden zijn geen letterlijke minibreinen. Ze bevatten niet alle cellen die in de cortex voorkomen en zijn niet verbonden met andere hersengebieden. ‘Organoïden zijn niet het complete orgaan, maar cellen die gekweekt zijn in een schaaltje. In het geval van bijvoorbeeld darmen kun je volwassen stamcellen uit de menselijke darm halen die zich vervolgens kunnen ontwikkelen tot darmorganoïden’, aldus Jasper Mullenders van het Hubrecht Instituut. ‘In het geval van hersenen en het hart zijn de stamcellen beperkt en is het moeilijker om aan weefsel te komen. Onderzoekers kunnen in dat geval andere stamcellen, bijvoorbeeld huidcellen, herprogrammeren. Deze geherprogrammeerde cellen, die iPS-cellen worden genoemd, kunnen zich vervolgens ontwikkelen tot hersencellen. De hersenorganoïden zijn dus geen onderdeel uit de hersenen, maar cellen elders uit het lichaam die zijn geherprogrammeerd tot iPS-hersencellen.’
Wetenschappers kunnen de hersenorganoïden gebruiken voor het bestuderen van ziekteprocessen en de vroege ontwikkeling van de hersenen. De hersentjes lijken meer op menselijke hersenen dan de hersenen van proefdieren en zouden dus onderzoek op proefdieren kunnen vervangen. ‘Het voordeel van organoïden is dat je in menselijke cellen kijkt. Er zijn namelijk veel verschillen tussen een muis en een mens, waardoor onderzoek met organoïden een meerwaarde kan hebben’, zegt Mullenders.
Bewustzijn in een schaaltje
De toepassingen van de hersenorganoïden klinken veelbelovend, maar roepen ook ethische vragen op. Als ze zelfstandig hersengolven produceren, kunnen hersenorganoïden dan ook denken? Tegenstanders vinden de ontwikkeling daarom ethisch onverantwoord. ‘Als onderzoekers in het laboratorium hersenweefsel zouden kunnen creëren dat bewuste ervaringen (…) lijkt te hebben, zou dat weefsel dan beschermd moeten worden?’, vroegen wetenschappers zich af in een commentaar in Nature, ondertekend door zeventien neurowetenschappers, biologen en ethici.
De ontwikkelingen op dit gebied verlopen snel, waarschuwen de wetenschappers in Nature. Hoe ‘echter’ de breinen worden, hoe meer ethische bezwaren er kunnen komen. Niet iedereen vindt het immers een prettige gedachte als er een miniatuurversie van zijn of haar brein in een petrischaaltje ligt.