Nieuw Utrechts lab zoomt in op breinontwikkeling

De Universiteit Utrecht en het UMC Utrecht openen vrijdag 2 juni de MIND Facility: een innovatieve onderzoeksfaciliteit met wereldwijd unieke expertise op het gebied van hersenonderzoek. Het gebruik van de nieuwste stamceltechnologie en microscopie moet zorgen voor meer begrip over hoe het menselijke brein ontstaat en zich ontwikkelt. En als het misgaat, waar gaat het dan mis en wat is er aan te doen?

In de MIND Facility kunnen onderzoekers het brein bestuderen met behulp van organoids, stukjes 3D-hersenweefsel die worden ontwikkeld uit menselijke stamcellen. ”We kunnen gewone cellen uit haar, bloed of huid in het lab terugbrengen tot stamcellen, die alle soorten weefsel kunnen vormen. Deze stamcellen brengen we in een situatie die lijkt op de natuurlijke omgeving”, legt Jeroen Pasterkamp uit. Hij is hoogleraar translationele neurowetenschappen en directeur van de MIND Facility. ”We bootsen in het lab na wat er gebeurt in de hersenen tijdens de embryonale ontwikkeling. Dan gaan de cellen vanzelf 3D-hersenweefsel bouwen en kunnen we de ontwikkeling bestuderen.”

De weefsels vormen slechts onderdelen van de hersenen, en zijn op geen enkele manier een echt brein. ”Maar het is een hele mooie tool om allerlei vragen te beantwoorden over hoe het brein en de hersencellen functioneren,” zegt Pasterkamp. ”Je ziet dat de neuronen elektrisch actief zijn, ze maken contacten. Wat we zien in een echt menselijk brein, zien we ook in het lab.”

De bedoeling is dat collega’s uit allerlei disciplines gebruik gaan maken van de MIND Facility. Pasterkamp: “Samen kunnen we ontrafelen hoe het jonge brein zich ontwikkelt en ontdekken wat er misgaat bij stoornissen. Voor dat doel willen we in het lab de hersengebieden reproduceren en bestuderen die een rol spelen bij de normale ontwikkeling van een kind, maar ook de gedeeltes die van belang zijn bij ontwikkelingsstoornissen en andere aandoeningen.”

Door stamcellen te vergelijken van gezonde kinderen en kinderen met een ontwikkelingsstoornis, kunnen wetenschappers tot op celniveau bepalen hoe afwijkingen ontstaan. “We kunnen stamcellen genetisch manipuleren voordat ze weefsel gaan vormen. Zo kunnen we bijvoorbeeld een mutatie inbouwen die bij veel autismepatiënten wordt gevonden. Als je de gemuteerde organoids vergelijkt met weefsel waar die mutatie niet in voorkomt, wat zijn dan de verschillen?”

Wat we zien in een echt menselijk brein, zien we ook in het lab.

Een organoid kun je niet zoals een kweekbakje met tweedimensionaal weefsel onder de microscoop bekijken. ”Het is gewoon een klomp cellen. Daarom hebben de UU en het UMC Utrecht geïnvesteerd in light sheet microscopie, een innovatieve techniek,” legt Pasterkamp uit. “Als je het weefsel transparant maakt kun je er met deze techniek een soort digitale plakjes van maken. Zo ontstaat een 3D-beeld van het hersenweefsel. We kunnen dan de precieze samenstelling van hersengebieden zien, bijvoorbeeld welke typen cellen erin zitten.”

De ambitie van de MIND Facility is om één van de leidende hersenorganoidlabs in de wereld te worden. “We hebben twee light sheet microscopen staan, en die zijn beschikbaar voor iedereen die in onderzoeksverband experimenten wil doen met menselijk hersenweefsel.” De organoids kunnen diermodellen in het lab in de toekomst voor een deel vervangen.

MIND (Multidisciplinary Investigation of Neural Disorders) is een samenwerking tussen het UMC Utrecht Hersencentrum en de Faculteit Bètawetenschappen van de Universiteit Utrecht.

Jeroen Pasterkamp ontwikkelt op dit moment binnen het strategische thema Dynamics of Youth een nieuw interdisciplinair onderzoeksproject over vroege hersenontwikkeling: The first 1001 critical days of a child’s life.