MENSELIJKE HERSENCELLEN IN EEN MUIZENBREIN

21 november 2019 - Onderzoek

Een team van onderzoekers onder leiding van Pierre Vanderhaeghen en Vincent Bonin (VIB-KU Leuven, ULB en NERF) toonde aan hoe menselijke zenuwcellen, ingeplant in de hersenen van een muis, zich in hun eigen tempo ontwikkelen en actieve verbindingen kunnen vormen met de omliggende muizenhersencellen. Deze bevindingen werpen een nieuw licht op de unieke kenmerken van het menselijk brein en openen nieuwe perspectieven voor hersenherstel en de studie van hersenziekten.

De hersenschors vormt de buitenste laag van onze hersenen en is één van de meest complexe structuren in levende organismen. Onze uitzonderlijk ontwikkelde hersenschors is de reden waarom wij als mensen over geavanceerde cognitieve vaardigheden beschikken.

Neurowetenschapper Pierre Vanderhaeghen van het VIB-KU Leuven Centrum voor Hersenonderzoek legt uit wat het menselijk brein zo uniek maakt: “Een opmerkelijk kenmerk van menselijke neuronen is hun ongewoon lange ontwikkeling. Neuronale circuits bij de mens hebben jaren nodig om zich volledig te ontwikkelen, maar bij muizen slechts een paar weken of enkele maanden bij apen. "

Vb Bonin Vincent Mobile 300 340 C1

Deze lange ontwikkelingsperiode biedt veel meer tijd voor modulatie van hersencellen en circuits, waardoor we heel efficiënt kunnen leren voor een langere periode. Het maakt de mens als soort uniek, maar wat aan de oorsprong van die langdurige ontwikkeling, blijft voorlopig een mysterie.

Het is belangrijk om die ontwikkelings- processen beter te begrijpen, bijvoorbeeld als we hersenaandoeningen willen behandelen, zegt Vincent Bonin: "Problemen tijdens de hersenontwikkeling kunnen bijvoorbeeld leiden tot intellectuele handicaps of psychiatrische aandoeningen zoals schizofrenie. Maar tot nu toe was het onmogelijk om menselijke neuronale circuits in detail te bestuderen."

Menselijke hersencellen in muizenhersenen

De teams onder leiding van Vanderhaegen en Bonin werkten samen een nieuwe strategie uit om menselijke neuronen als individuele cellen in de hersenen van muizen te transplanteren en hun ontwikkeling in de loop van de tijd te volgen.

Daniele Linaro: “We hebben menselijke embryonale stamcellen in het lab omgevormd tot neuronen en in de hersenen van jonge muizenpups geïnjecteerd. Dit stelt ons in staat om gedurende een periode van vele maanden menselijke neuronen in levende hersenen te onderzoeken. We kunnen nu hele reeks biologische technikeen gebruiken om de vorming van menselijke neuronale circuits en menselijke hersenziekten te bestuderen. "

De onderzoekers ontdekten dat de getransplanteerde menselijke cellen hetzelfde ontwikkelingsplan volgen als in een menselijk brein, met een periode van maandenlange rijping die typisch is voor menselijke neuronen. Dit betekent dat onze zenuwcellen een ‘interne klok’ van ontwikkeling kunnen volgen die verrassend onafhankelijk is van de omgeving.

Vb Vermaercke Ben 1 300 340 C1

Bovendien waren de menselijke cellen ook actief in de neuronale circuits van de muis. "Na maanden van rijping begonnen de menselijke neuronen informatie te verwerken, bijvoorbeeld als reactie op visuele input van de omgeving," zegt Ben Vermaercke, die de experimenten samen met Linaro uitvoerde. "De menselijke cellen vertoonden zelfs verschillende reacties, afhankelijk van het type stimulus, wat er op wijst dat de verbindingen tussen de getransplanteerde cellen en de hersencircuits van de muis verrassend precies zijn."

Een mijlpaal met veel potentieel

Deze studie toont voor het eerst aan dat neuronen afkomstig van menselijke pluripotente stamcellen echt kunnen integreren in bestaande hersennetwerken. Volgens Bonin is het "een technologische mijlpaal die fantastische mogelijkheden biedt om te bestuderen hoe genetische informatie, de omgeving, en onze ervaring en gedrag samen bepalen hoe hersennetwerken ontwikkelen".

Enerzijds zou dit model kunnen worden toegepast om een ​​hele reeks ziekten te bestuderen die de ontwikkeling van menselijke neuronen beïnvloeden. De onderzoekers zijn van plan om neuronen te gebruiken met genetische wijzgingen gekoppeld aan ziekten, zoals bijvoorbeeld intellectuele handicaps, om te proberen te begrijpen wat er misgaat tijdens de ontwikkeling en circuitvorming.

“Onze bevindingen wijzen er op dat menselijke zenuwcellen hun‘ jonge’ eigenschappen behouden, zelfs in de hersenen van een volwassen muis. Dit kan mogelijk belangrijke implicaties hebben voor het herstellen van hersenschade, ”voegt Vanderhaeghen toe. "Het feit dat getransplanteerde jonge menselijke neuronen kunnen integreren in volwassen circuits is veelbelovend nieuws voor mogelijke behandelingen voor neurodegeneratie of beroerte, waarbij verloren neuronen misschien vervangen zouden kunnen worden door nieuwe neuronen te transplanteren."

Bekijk andere artikels: