Onderzoekers hebben met succes miniatuurhersenstructuren ontwikkeld, bekend als corticale organoïden, met een functionerend netwerk van bloedvaten dat nauw aansluit bij die van menselijke hersenen in ontwikkeling. Deze doorbraak pakt een cruciale beperking aan van eerdere in het laboratorium gekweekte ‘mini-hersenen’: hun neiging om na een paar maanden af te sterven als gevolg van een tekort aan voedingsstoffen. De nieuwe organoïden, ontwikkeld door Ethan Winkler en zijn team aan de Universiteit van Californië, San Francisco, demonstreren een vasculair systeem met holle centra (lumens) vergelijkbaar met natuurlijke bloedvaten, wat een belangrijke stap markeert in de richting van meer realistische en langdurige hersenmodellen.
Het probleem met mini-hersenen
Hersenorganoïden, voor het eerst gemaakt in 2013, zijn waardevolle hulpmiddelen geworden voor het bestuderen van neurologische aandoeningen zoals autisme, schizofrenie en dementie. Hun beperkte levensduur heeft echter dieper onderzoek belemmerd. Hersenen van volledige grootte zijn afhankelijk van ingewikkelde bloedvatennetwerken om zuurstof en voedingsstoffen te leveren, terwijl organoïden voorheen deze vitale infrastructuur ontbeerden. Cellen in de kern van deze structuren zouden snel verhongeren zonder een goede circulatie.
Een nieuwe benadering van vascularisatie
Het team van Winkler pakte dit probleem aan door corticale organoïden (die de hersenschors repliceren) te laten groeien naast afzonderlijke bloedvatorganoïden. Vervolgens integreerden ze de twee, waardoor de vasculaire netwerken zich gedurende een periode van weken gelijkmatig door de miniatuurhersenen konden verspreiden. De resulterende structuren vertoonden opmerkelijke gelijkenis met het echte hersenvasculatuur, inclusief holle lumens – een detail dat bij eerdere pogingen ontbrak.
Waarom dit belangrijk is
De verbeterde vascularisatie biedt verschillende voordelen:
- Verbeterde overleving: Een betere levering van voedingsstoffen zou de levensduur van de organoïden moeten verlengen, waardoor studies op langere termijn mogelijk worden.
- Realistische modellering: De aanwezigheid van functionele bloedvaten zorgt voor een nauwkeurigere replicatie van de bloed-hersenbarrière, een cruciaal beschermingsmechanisme.
- Geavanceerd onderzoek: Deze organoïden kunnen onderzoek naar de ontwikkeling van de hersenen, ziektemodellering en het testen van medicijnen versnellen.
Toekomstige uitdagingen blijven bestaan
Hoewel dit een grote vooruitgang is, blijft het volledig repliceren van de bloedsomloop van de hersenen een verre doelstelling. Het huidige systeem mist het actieve pompmechanisme van een hart om een continue, gerichte bloedstroom te garanderen. Onderzoekers moeten nog steeds manieren vinden om de dynamische circulatie te simuleren die ervoor zorgt dat echte hersenen blijven functioneren.
Desondanks noemt Madeline Lancaster van de Universiteit van Cambridge het vasculaire netwerk met lumens ‘indrukwekkend’ en ‘een grote stap’.
De creatie van deze sterk gevasculariseerde hersenorganoïden brengt onderzoekers dichter bij het bouwen van complexere, langlevende modellen voor het begrijpen en behandelen van neurologische aandoeningen.
