Overslaan en naar de inhoud gaan

SCK CEN kweekt miniatuurhersenen

Miniatuurhersenen moeten tot betere kennis van stralingseffecten leiden

SCK CEN - Highlights - Inhoudstafel (2021)

Wetenschappers van SCK CEN kweken kunstmatig hersenen in een petrischaaltje. De miniatuurhersenen die amper een hagelbolletje groot zijn, lijken in bepaalde opzichten sterk op het menselijke brein. De vernieuwende techniek maakt het mogelijk om allerlei stralingseffecten beter te onderzoeken.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

Kennis delen is key om wetenschappelijke vooruitgang te boeken. Als onze voorgangers niet de moeite hadden genomen om hun kennis te delen, zou de wetenschap nooit op dit punt hebben gestaan. Wetenschappers duiken daarom in de literatuur of schuimen – in niet-coronatijden – conferenties af. Soms botsen ze op verbluffende resultaten of technieken, waarmee ze een nieuwe wind in hun eigen onderzoek kunnen blazen. Hetzelfde gebeurde bij het neurologische onderzoek van SCK CEN. “We ontdekten dat Jay Gopalakrishnan, professor bij de universiteit van Düsseldorf, hersenorganoïden – kunstmatig gekweekte hersenen – als model gebruikt om door het zikavirus veroorzaakte microcefalie te bestuderen. Bij microcefalie ontwikkelen hersenen zich niet volledig: kinderen worden geboren met een te kleine schedel en een verstandelijke beperking”, legt Roel Quintens, radiobioloog bij SCK CEN, uit. “Wij bestuderen microcefalie die zich na stralingsblootstelling in een embryonale fase kan manifesteren.”

Het nucleaire onderzoekscentrum zou met deze techniek zijn eerder opgedane kennis over de impact van ioniserende straling op de hersenontwikkeling kunnen verbeteren. “In vergelijking met volwassenen zijn hersenen van een ontwikkelende foetus uiterst gevoelig voor straling. Uit onzekerheid worden zwangere vrouwen op dit moment afgeraden om een scan te laten maken of een radiotherapie te ondergaan. Voor de moeder zelf kan een uitgestelde diagnose of behandeling echter ernstigere gevolgen hebben dan eventuele stralingseffecten op de foetus. Daarom zijn die inzichten van cruciaal belang”, vervolledigt Mieke Verslegers, radiobiologe bij SCK CEN.

Het eerste bestralingsexperiment met miniatuurhersenen leverde veelbelovende resultaten op. Toen wisten we zeker dat we deze piste verder moesten uitspitten.
Roel Quintens
SCK CEN - Highlights - Miniatuurhersenen (2021)

Verbeterde inzichten

De wetenschappers van SCK CEN zijn ervan overtuigd dat de hersenorganoïden hen kunnen helpen om de stralingseffecten glashelder te krijgen. “In samenwerking met professor Gopalakrishnan uit Düsseldorf hebben we een eerste bestralingsexperiment uitgevoerd. En de resultaten waren veelbelovend. De miniatuurhersenen die bestraald waren, groeiden trager dan hun niet-bestraalde tegenhangers. En dat effect was dosisafhankelijk: hoe hoger de stralingsdosis, hoe kleiner de miniatuurhersenen. Toen wisten we zeker dat we deze piste verder moesten uitspitten”, vertelt Roel Quintens. Dat wordt verder uitgezocht door doctoraatsstudente Jessica Ribeiro, die haar doctoraat aan dit onderwerp wijdt. “In 2020 hebben we het kweekproces op punt gesteld. Vervolgens zullen we in eerste instantie de kunstmatige hersenen aan hoge stralingsdosissen blootstellen, zodat we duidelijke effecten kunnen opmerken. Dat geeft ons een referentiekader wanneer we de dosis systematisch zullen verlagen en de effecten van die dosissen zullen bestuderen”, verduidelijkt ze.

SCK CEN - Highlights - Miniatuurhersenen (2021)

Kweekproces

De miniatuurhersenen worden gemaakt met stamcellen, die zich kunnen ontwikkelen tot elke mogelijke cel in het lichaam. Jessica Ribeiro: “Om ze tot hersencellen te laten uitgroeien, moeten we ze doen geloven dat ze dat zijn. We moeten de stamcellen dus om de tuin leiden en dat doen we door de juiste voedingsstoffen toe te dienen. Met de juiste voedingsstoffen beginnen de cellen zich te delen, onderlinge verbindingen te maken en zich dus te organiseren tot een menselijk brein in ontwikkeling. In twintig dagen hebben we een minibrein, waarop we testen kunnen uitvoeren.” Het embryonale minibrein is niet groter dan een hagelbolletje, maar lijkt qua structuur in bepaalde opzichten sterk op menselijke hersenen. Hierdoor kunnen wetenschappers het menselijke brein beter bestuderen en eventuele geneesmiddelen uittesten, die de signaalwegen betrokken bij microcefalie onderdrukken.

Een diagnose of behandeling uitstellen zou voor de moeder ernstigere gevolgen kunnen hebben
dan eventuele stralingseffecten op de foetus.
Mieke Verslegers

Vervolgonderzoek

SCK CEN zal de miniatuurhersenen ook inzetten in ander hersenonderzoek. Zo buigt het volgende doctoraat zich over het gebruik van hersenorganoïden om glioblastoom, de dodelijkste vorm van hersenkanker, te onderzoeken. Die kanker komt vaak terug na de behandeling. Gemiddeld leven patiënten na de diagnose minder dan vijftien maanden. Slechts enkelingen overleven op langere termijn: 25 procent haalt twee jaar en minder dan tien procent vijf jaar.

Neurologisch onderzoek op SCK CEN

Dit innovatieve project kadert in breder neurologisch onderzoek van SCK CEN. Dat onderzoek focust zich op de impact van ioniserende straling op de hersenontwikkeling bij embryo’s en bij kinderen met hersentumoren, die op jonge leeftijd bestraling moeten krijgen. De onderzoekers van SCK CEN bestuderen hoe de bestraling verband houdt met cognitieve achteruitgang en gedragsveranderingen. “Ligt dat aan de basis van vervroegde veroudering en de ziekte van Alzheimer? Of lopen ze een hoger risico om epilepsie te ontwikkelen? Welke celtypes spelen hierin een rol? Op die vragen trachten we een antwoord te formuleren”, besluit Mieke Verslegers.

SCK CEN verzekert veiligheid van nucleaire innovatie
Installatie SCK CEN stelt splijtstofstaven verregaand op de proef

Volgend hoogtepunt

Deel deze pagina