19 november 2019

Willy van Heumenfonds beloont de ontwikkeling van betrouwbare neurotoxicologische testen

Remco Westerink krijgt prijs voor proefdiervrije testen op menselijk minibrein

Deze tekst is geschreven door Hélène van Beek in opdracht van Stichting ‘Stimuleringsfonds Alternatieven voor Proefdieren’ (Willy van Heumenfonds).

Toxicoloog Remco Westerink, hoofd van de onderzoeksgroep Neurotoxicologie van de Universiteit Utrecht krijgt de Willy van Heumenprijs 2019. Hij ontvangt deze prijs van het Stimuleringsfonds Alternatieven voor Proefdieren voor het ontwikkelen van neurotoxicologische testen met het menselijk brein. Westerink gebruikt menselijke hersencellen, afkomstig uit stamcellen, en gebruikt geen proefdieren. De prijs, een bedrag van 15.000 euro, wordt op donderdag 28 november aan Westerink uitgereikt tijdens het congres Transitie Proefdiervrije Innovaties in Utrecht.

Remco Westerink en zijn collega’s hebben een methode ontwikkeld waarmee ze menselijke hersencellen op printplaten kweken om zo veranderingen in hersenactiviteit te meten. Westerink: “We gebruiken menselijke stamcellen die zich kunnen ontwikkelen tot een soort minibreintjes.” Om deze dure hersencellen te verkrijgen, werkt Westerink samen met verschillende leveranciers die de stamcellen omzetten tot hersencellen.

Robuust

Westerink krijgt de Willy van Heumenprijs, omdat hij en zijn collega’s deze celmodellen geschikt maken voor verschillende neurotoxiciteitstesten die geheel proefdiervrij zijn. In een petrischaaltje proberen de Utrechtse wetenschappers de verhouding van die celtypen zo in te richten dat het op een echt brein lijkt. De gevormde minibreintjes worden ongeveer een maand in leven gehouden en bewust zo simpel als mogelijk samengesteld. Westerink: “Je wilt een modelsysteem dat robuust en simpel is, maar toch complex genoeg om op het echte brein te lijken. De test is daardoor makkelijker te herhalen, zonder dat de voorspellende waarde van de test afneemt.”

Remco Westerink
Remco Westerink

Schade aan hersencellen

Het onderzoek met de celmodellen is bijzonder. Er wordt redelijk veel onderzoek gedaan naar schade aan de hersenen door celdood, stelt Westerink, maar nog te weinig naar wat er daarvóór gebeurt. “Lang voordat een cel doodgaat, kan er al schade zijn aangericht aan een cel, of heeft de cel zich zo aangepast dat die anders is gaan functioneren.” Westerinks in vitro onderzoek – in het laboratorium –naar potentiële neurotoxische effecten moet helder maken wat er in deze vroege fase gebeurt en hoe de hersencel verandert. De Universiteit Utrecht onderzoekt hoe deze verandering door schadelijke stoffen wordt versneld. Dit speelt onder meer een rol bij het ontstaan van ouderdomsziekten, zoals de ziekte van Parkinson of Alzheimer, maar ook bij ontwikkelingsaandoeningen, zoals ADHD.

PFAS

De Universiteit Utrecht ontwikkelt niet alleen nieuwe testen, maar doet ook onderzoek naar mogelijke schadelijke stoffen, zoals PFAS (poly- en perfluoralkylstoffen). Westerink: “Deze stoffen zijn berucht, omdat ze zich in het milieu kunnen ophopen.” PFAS zitten bijvoorbeeld in de bodem, in rivieren en in het grondwater. Momenteel liggen veel bouwprojecten in Nederland stil vanwege de aanwezigheid van PFAS in de bodem. Maar de risicogrenzen voor PFAS zouden wel eens te streng kunnen zijn, stelt Westerink. “Het probleem is dat die voor een groot deel zijn vastgesteld op basis van studies met dierproeven en natuurlijk niet op basis van studies met mensen.” De Universiteit Utrecht testte twee stoffen uit deze groep, PFOS en PFOA, op menselijke hersencellen. Westerink: “Wij hebben gekeken naar de effecten op specifieke receptoren op hersencellen en onderzocht of ze de functie van die hersencellen kunnen beïnvloeden. We bestudeerden ook wat de stoffen doen op de minibreintjes en keken of het netwerk blijft doen wat het moet doen. Toen bleek dat PFOS en PFOA in een netwerk van hersencellen minder schadelijk zijn dan gedacht.” Dat komt volgens hem omdat zo’n netwerkje van hersencellen zichzelf een beetje blijkt te kunnen bijstellen. “Als je aan de ene kant een beetje duwt, zal er aan de andere kant een mechanisme ontstaan dat een beetje trekt en zo blijft er toch enigszins evenwicht bestaan. Het netwerkje reageert op een blootstelling en kan daarvoor compenseren. Dat betekent dat als je onderzoek naar PFAS en PFOAS zou doen op losse cellen die niet in een netwerk zitten, eruit kan komen dat die stoffen schadelijker lijken dan ze in werkelijkheid zijn.”

“Methoxetamine bleek in de drugstest in het rattenbreintje vijftig tot honderd keer gevoeliger dan in het mensenbrein.”

Risico’s verkeerd inschatten

De Universiteit Utrecht onderzocht tevens de schade die drugs als MDMA (het actieve bestanddeel van XTC) en nieuwe MDMA-varianten kunnen aanrichten aan het brein. Ze vonden iets opmerkelijks. Westerink: “Eén stof, methoxetamine, bleek in de drugstest in het rattenbreintje vijftig tot honderd keer gevoeliger dan in het mensenbrein. Dat betekent dat als je je enkel baseert op een dierproef, je in dit geval het risico overschat. Maar andersom kan ook, dat je met dierproeven het risico onderschat. En dat je dus stoffen op de markt toelaat die misschien wel gevaarlijker zijn voor de mens dan je op basis van een dierproef zou verwachten.”

Lachgas beter onderzoeken

Westerink wil daarom ook graag méér onderzoek naar drugs doen. “Om te kijken of we blijvende veranderingen vinden. Mensen denken vaak over XTC: ‘Eén pilletje kan niet zoveel kwaad’, maar veel jongeren gebruiken het in de puberteit, als de hersenen nog in ontwikkeling zijn. Het valt te betwijfelen of het wel zo onschadelijk is. Voor alcohol waarschuwen we uitgebreid, en terecht, maar over drugs denken we soms te gemakkelijk.”

Hetzelfde geldt voor het momenteel zo populaire lachgas, zegt Westerink: “Daarover denken ze ook dat de stof bij inhaleren via een ballonnetje maar heel eventjes werkt. Misschien heb je inderdaad slechts vijf minuten effect van dat ballonnetje, maar heb je er vijf jaar later wel nog last van, omdat de hersenontwikkeling net iets anders is verlopen. We weten het nog niet. Dat zouden we dus moeten onderzoeken.”

Betere voorspelling

De Utrechtse wetenschappers kijken niet alleen naar het samenspel van de hersencellen in het netwerk, maar ook hoe stoffen daarin terechtkomen. “In een echt lichaam zit niet alleen een brein, maar er hoort ook een blootstellingsroute bij. Bijvoorbeeld door inname van medicijnen of inhaleren van luchtvervuiling. Dat betekent dat je die blootstellingsroutes, zoals neus-longen en mond-maag-darmstelsel, ook mee moet nemen in de testen.” Dat gebeurt als volgt, weet Westerink. “We proberen verschillende modelsystemen aan elkaar te koppelen. De long en de darm zijn eigenlijk een barrière om te voorkomen dat een schadelijke stof in het lichaam komt. We testen een stof eerst in bijvoorbeeld een darm- of longmodel en kijken of die stof wordt opgenomen en of die lokaal schade veroorzaakt. Diezelfde barrière hebben we ook in een petrischaaltje. We testen dan eerst of een teststof door die barrière komt, én of de teststof daardoor verandert. Vervolgens verzamelen we de stoffen die door de barrière zijn gekomen, en stellen dan de minibreintjes hieraan bloot. Op die manier krijg je, zonder proefdieren, een veel betere voorspelling van de werkelijkheid.”

Kostbaar onderzoek

De ontwikkelde neurotoxiciteitstest is erg efficiënt. Op één plaat zitten 48 of 96 kleine schaaltjes met hersencellen die tegelijkertijd worden getest. Desalniettemin zijn er nog wel belemmeringen voor toepassing op grote schaal, licht Westerink toe. Het draagvlak voor het onderzoek met de menselijke hersencellen op petrischaaltjes is helaas nog niet zo groot. “Deels door gebrek aan acceptatie van nieuwe modelsystemen. We willen dat nieuwe tests 100% voorspellend zijn, maar dat zijn ze waarschijnlijk nog niet. We zijn daarom geneigd dierproeven betrouwbaarder te vinden, ook al weten we daarvan zeker dat ze niet 100% voorspellend zijn. Verder is ons onderzoek nu nog erg kostbaar. Eén dag testen in het laboratorium kan duizenden euro’s kosten. Onderzoek met proefdieren is nu vaak nog veel goedkoper, dus wordt dat nog steeds veel gedaan. En dat is jammer.”