Wetenschappers hebben voor het eerst hersenweefsel laten groeien met behulp van stamcellen van een andere soort.

Er worden steeds meer chimeren in het lab geboren. Deze dieren bezitten dan bijvoorbeeld een orgaan van een andere soort. Zoals een muis met de alvleesklier van een rat. Maar een stukje brein van de rat laten groeien in muizen en dat vanaf het embryostadium? Dat is andere koek. Toch is dat nu twee onafhankelijke onderzoeksgroepen gelukt. Ze publiceerden erover in het wetenschappelijke tijdschrift Cell.

Lees ook:

• Menselijk minibrein in rattenhersenen reageert op lichtflitsen
• Wetenschappers laten half menselijke nieren in varkens groeien
• Hoe varkens het tekort aan donororganen kunnen tegengaan

Injectie in embryo

Chimeren kun je op twee manieren maken. Ten eerste kun je pluripotente stamcellen – cellen die zich nog kunnen ontwikkelen tot elk type cel – van de ene diersoort laten uitgroeien tot een mini-orgaan en die vervolgens transplanteren naar een andere soort. Dat is bijvoorbeeld al eens gedaan met een menselijk mini-brein in rattenhersenen.

De tweede methode heet blastocyst complementatie. Daarbij worden de stamcellen in een embryo van zo’n 5 dagen oud (een blastocyst genoemd) geïnjecteerd. De resulterende organen zouden dan bijvoorbeeld geschikt kunnen zijn voor transplantatie, zoals in het geval van een menselijk orgaan in een varken, zie hieronder.

Vorig jaar is het wetenschappers op deze manier gelukt om een half-menselijke nier in varkens te laten groeien. Nu hebben twee onderzoeksteams het dus voor het eerst voor elkaar gekregen blastocyst complementatie te gebruiken om muizen een stukje rattenbrein te geven.

Brein aanvullen

De eerste groep, onder leiding van Jun Wu van de University of Texas Medical Center, ontwikkelde eerst een nieuwe variatie op de DNA-knip-en-plakmethode CRISPR. Met de nieuwe techniek legden ze vervolgens zeven verschillende genen stil die betrokken zijn bij de ontwikkeling van de voorhersenen in muizen. De voorhersenen is het deel wat uitgroeit tot de voorkant van de grote hersenen.

Het uitschakelen van gen Hesx 1 bleek te resulteren in muizenembryo’s zonder voorhersenen. Vervolgens wilden de onderzoekers de schade herstellen met behulp van blastocyst complementatie. Ze injecteerden ratenstamcellen in het ontstane ‘gat’ en inderdaad: de muizen kregen ratten-voorhersenen en hadden zo weer een compleet brein.

Geen ander gedrag?

Ratten hebben grotere voorhersenen dan muizen. Toch ontwikkelde het stuk rattenbrein zich in hetzelfde tempo en kreeg het dezelfde grootte als muizen-voorhersenen. Blijkbaar werden de rattencellen goed bijgestuurd door naburige muizencellen.

Goed nieuws was ook dat het ratten- en muizendeel goed met elkaar konden communiceren. De muizen bleken zich na hun geboorte ook niet anders te gedragen dan de controlemuizen, die geen stuk rattenbrein hadden. Maar omdat goede testen die het verschil tussen typisch muizen- en rattengedrag (nog) niet bestaan, moeten Wu en collega’s hier nog even een slag om de arm houden.

Hersenvergiftiging

Ook Kristin Baldwin en collega’s van de University of California San Diego gebruikten blastocyst complementatie om muizen te voorzien van een stukje rattenbrein. Maar zij hadden een andere manier om dat ‘gat’ te creëren in de hersenen van de muizenembryo’s.

De bedoeling was het hersengebied dat betrokken is bij het ruiken lam te leggen. Dat deden ze door de hersenen van de muizenembryo’s zichzelf te laten vergiftigen. De onderzoekers hadden ze namelijk zo genetisch gemodificeerd dat ze ofwel difterie-neurotoxine aanmaakten dan wel tetanus-neurotoxine produceerden.

Bij die eerste groep embryo’s werden de reuk-hersencellen compleet verwoest, in de tweede groep werden ze alleen stilgelegd. Vervolgens gebruikten Baldwin en collega’s bij beiden groepen blastocyst complementatie om de embryo’s de reuk-hersencellen van ratten te geven.

Verstopt koekje

Vervolgens bekeken de onderzoekers na de geboorte de hersenen van muizen uit beide groepen. De muizen die hun eigen reuk-hersencellen nog hadden (maar stilgelegd) én die van de rat, lieten een betere organisatie zien in de hersenstructuur.

Maar de muis-rat-chimeren die alleen de ratten-reukcellen hadden, deden het dan weer verrassend beter in een spelletje waarbij ze een verstopt koekje moesten vinden. Waarom dit zo verschilt, weten Baldwin en haar team niet. Het kan zomaar zijn dat beide methoden hun eigen specifieke toepassingen kennen.

Nieuwe behandelingen

Die toepassingen zijn er inderdaad. Want de dode-hersencellen-methode geeft een dier dat erg lijkt op een patiënt met een neurodegeneratieve ziekte – zoals de ziekte van Alzheimer, waarbij hersencellen afsterven. En de stilleg-techniek kan dan weer ontwikkelingsstoornissen, zoals autisme, waarbij bepaalde hersencellen hun werk niet goed doen, nabootsen. Het nu ontwikkelde systeem van Baldwin en collega’s kan dus helpen deze aandoeningen meer te doorgronden en wie weet leidt dat tot nieuwe behandelingen.

Daarnaast is er natuurlijk nog de ultieme droom om uiteindelijk transplanteerbare organen te kunnen oogsten uit dieren. Daarvoor is het goed eerst zo veel mogelijk te weten te komen over blastocyst complementatie en de gevolgen ervan. Want een mens-varken-chimeer vindt iedereen wel een beetje spannend.

Bronnen: Cell, Cell Press via EurekAlert!

Beeld: Rama/Wikimedia Commons

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!