DOOR AAFKE KOK - FOTO: STANFORD UNIVERSITY - 15-10-2022 - Neurobiologie
Een organoïde van het menselijk brein (heldergroen) is in de hersenen van een pasgeboren rat getransplanteerd. In dit hybride brein maken de neuronen contact met elkaar. Foto: Stanford University.
Humane breinorganoïden integreren goed in jonge rattenbreinen, waar ze beter ontwikkelen dan erbuiten.
Amerikaanse neurobiologen zijn erin geslaagd humane breinorganoïden te integreren in de breinen van pasgeboren ratten (Nature, 12 oktober). De getransplanteerde organoïden ontwikkelen beter dan losse breinorganoïden en maken connecties met de rest van het brein. De getransplanteerde neuronen reageren als ze gestimuleerd worden en blijken zelfs in staat gedrag van de rat aan te sturen.
MINI-BREINTJES
Onder de juiste omstandigheden groeien humane stamcellen in het lab uit tot breinorganoïden, maar de cellen in deze mini-breintjes zullen nooit zover ontwikkelen als in een echt brein. Om die ontwikkeling toch mogelijk te maken, transplanteren de Amerikanen nu organoïden naar het brein van jonge ratten. Preciezer gezegd naar de somatosensorische cortex, het hersendeel dat sensorische informatie zoals aanraking verwerkt.
Met verschillende technieken laten de neurobiologen zien dat neuronen uit de getransplanteerde organoïden inderdaad complexere morfologische kenmerken vertonen en meer connecties maken met buurneuronen dan gewone mini-breintjes in het lab. De Amerikanen tonen gelijk een onderzoeksvoordeel van hun techniek aan, door de transplantatie uit te voeren met organoïden die ze kweekten met cellen van patiënten met het Timothy-syndroom. Bij de door transplantatie verder ontwikkelde Timothy-organoïden kunnen onderzoekers nu beter zien welke afwijkingen deze erfelijke aandoening bij neuronen veroorzaakt.
Dat de getransplanteerde organoïden goed integreren in de somatosensorische cortex blijkt als de Amerikanen de snorharen van ratten bewegen; dat veroorzaakt activiteit in de getransplanteerde neuronen. Nog frappanter is dat het ook lukt om via deze neuronen het gedrag van ratten aan te sturen. Daartoe rusten de onderzoekers de organoïden uit met een speciaal eiwit waardoor neuronen activeren als er een bepaald licht op schijnt. Bij dit optogenetische experiment tonen de Amerikanen dat ze ratten kunnen leren om alleen aan een tuitje te likken als de getransplanteerde neuronen geactiveerd zijn.
ONONTGONNEN GEBIED
In een bijgaande News & views in Nature schrijven de Zwitserse organoïdenonderzoekers Jarret Gray Camp en Barbara Treutlein dat deze aansturing van gedrag ‘onze mogelijkheden om de ontwikkeling van het menselijk brein, evolutie en aandoeningen te bestuderen naar onontgonnen gebied brengt’. Eerder slaagden onderzoekers er al in om organoïden te integreren in breinweefsel, maar de Amerikanen pakken het volgens Camp en Treutlein beter aan door dit niet bij volwassen, maar juist pasgeboren dieren te doen. In het ontwikkelende brein verloopt de integratie gemakkelijker. Camp en Treutlein merken op dat de getransplanteerde organoïden ‘niet de gelaagde structuur hadden van een menselijk brein, en sommige celtypen misten’, maar wel beter ontwikkelden dan standaard organoïden.
Zie ook: 'Human brain cells implanted in rats prompt excitement — and concern' (News, Nature, 12 oktober 2022)