Kleine 3D-modellen die vitale aspecten van het menselijk zenuwstelsel nabootsen zijn ontwikkeld in een stap die geneesmiddelenonderzoek voor neurologische aandoeningen zoals multiple sclerose (MS) zou kunnen versnellen.
De millimeter brede modellen – gemaakt met stamcellen uit menselijke huidmonsters – zullen worden gebruikt om myeline te bestuderen, een isolerende stof die zenuwcellen helpt om met elkaar te communiceren.
Onderzoekers zeggen dat de modellen de meest natuurlijke weergave zijn van menselijke myelinisatie die in een laboratorium is ontwikkeld en een veelbelovend platform zijn voor het bestuderen van neurologische aandoeningen en voor het testen van medicijnen voor aandoeningen die verband houden met myeline verlies, waaronder MS.
Zenuwcellen bevinden zich in de hersenen en het ruggenmerg en zijn met elkaar verbonden via takachtige verbindingen, axonen genaamd, die een isolerende laag hebben die lijkt op elektrische bekabeling. Deze isolerende laag wordt myeline genoemd en ondersteunt de elektrische en chemische informatiestroom tussen cellen.
Beschadigde myeline ligt ten grondslag van een aantal neurologische aandoeningen, waaronder MS – een ongeneeslijke ziekte die meer dan 100.000 mensen in de UK treft – en leidt tot een breed scala aan symptomen, waaronder mobiliteitsproblemen, vermoeidheid en problemen met het gezichtsvermogen.
Wetenschappers van de Anne Rowling Regenerative Neurology Clinic van de Universiteit van Edinburgh en het Euan MacDonald Center for Motor Neuron Disease Research ontwikkelden hun menselijk myeline model met behulp van huidmonsters die door vrijwilligers waren gedoneerd.
Huidcellen werden opnieuw geprogrammeerd tot geïnduceerde pluripotente stamcellen die kunnen worden omgezet in andere celtypen – in dit geval ruggenmergcellen.
Deze cellen groeiden langzaam uit tot organoïden – 3D-structuren van celbundels inclusief neuronen en onderscheidende hersencellen die bekend staan als oligodendrocyten en die essentieel zijn voor het creëren van myeline.
Cruciaal was dat de onderzoekers myeline spontaan konden zien ontwikkelen rond de axonen tussen cellen in de organoïden.
Door de axonen onder een microscoop te bekijken konden ze zien dat de myeline in dit model functioneerde zoals in gezonde hersenen of ruggenmerg.
Het onderzoeksteam creëerde vervolgens een organoïde met behulp van stamcellen van een patiënt met een zeldzame genmutatie die de myelinisatie beïnvloedt. Het model toonde aan dat de belangrijkste aspecten van deze celbundel consistent waren met de ziekte.
Met deze nieuwe modellen kunnen wetenschappers de verschillen tussen de cellen van gezonde individuen en die met verschillende neurologische aandoeningen vergelijken en interessante geneesmiddelen in menselijke cellen testen voordat ze in een volledige klinische studie met patiënten worden gebruikt.
De onderzoekers hopen dat hun model de uitdagingen van het bestuderen van het menselijk brein en zenuwstelsel op cellulair niveau zal overwinnen, wat buitengewoon moeilijk is vanwege problemen om zonder risico toegang te krijgen tot hersen- en ruggenmergweefsel en enorm ongemak voor patiënten.
De benadering vormt een aanvulling op het werken met diermodellen die beperkt zijn in de manier waarop ze menselijke ziekten weerspiegelen en de manier waarop geneesmiddelen interageren met menselijke cellen.
De auteurs zeggen dat het model een belangrijke stap voorwaarts is in de studie van myelinisatie bij de mens en de ontwikkeling van geneesmiddelen, maar voorzichtigheid is geboden en behandelingen die op dit model zijn getest kunnen nog lang niet aan patiënten worden aangeboden.
De studie werd gefinancierd door het Euan MacDonald Center en is gepubliceerd in het tijdschrift Developmental Cell met DOI: 10.1016 / j.devcel.2021.04.006. Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met het UK Dementia Research Institute en het MS Society Centre for MS Research aan de Universiteit van Edinburgh.
Hoofdonderzoeker, dr. Owen Gwydion James, zei: “Demyeliniserende aandoeningen hebben een diepgaand effect op de kwaliteit van leven van patiënten. De mogelijkheid om menselijke myelinisatie experimenteel te bestuderen is een belangrijk doel tot het identificeren van medicijnen die myelinisatie kunnen bevorderen en maakt deze nieuwe aanpak een enorme boost voor de toolbox waarmee we dit effectief zullen kunnen doen.
Vertaling Andre Teirlinck