Het is bijna Halloween, en een deze week bekendgemaakte wetenschappelijke doorbraak lijkt op het eerste gezicht in dat thema te passen: onderzoekers zijn erin geslaagd menselijke hersencellen te laten groeien in ratten. Wat meer is: het blijkt dat die cellen voelen wat de ratten voelen. Het klinkt misschien erg creepy, maar de doorbraak zou ons wel kunnen helpen om neurologische aandoeningen zoals autisme te behandelen en kan dienen als een manier om gewonde hersenen te herstellen.

In een onderzoek dat woensdag werd gepubliceerd, meldden onderzoekers van Stanford dat organoïden uitgroeiden tot miljoenen nieuwe neuronen en zichzelf verbonden met hun nieuwe zenuwstelsel. Nadat de organoïden waren aangesloten op de hersenen van de ratten, konden de dieren sensorische signalen van hun snorharen ontvangen en helpen bij het genereren van commandosignalen om hun bewegingen te sturen.

Een organoïde is een kunstmatig gekweekt miniatuurorgaan. Organoïden worden buiten het lichaam (in vitro) gemaakt uit stamcellen, die zodanig geprogrammeerd worden dat ze uitgroeien tot een verkleinde en versimpelde, maar functionele versie van een biologisch orgaan. Omdat organoïden natuurgetrouwe, anatomisch realistische nabootsingen zijn van een echt orgaan, kan je ze gebruiken om biologische mechanismen te ontrafelen, ziektes te modelleren en behandelingen te testen.

Oude muizen en jonge ratten

In 2018 transplanteerden de neurowetenschapper Fred Gage en zijn collega’s van het Salk Institute for Biological Studies menselijke hersenorganoïden in de hersenen van volwassen muizen. En toen bleek al dat de menselijke neuronen overleefden terwijl de muizenhersenen hen van bloedvaten voorzagen. Sindsdien hebben onderzoekers organoïden in de achterkant van de hersenen van muizen geïmplanteerd, op de plek waar die signalen van hun ogen krijgen. Toen de dieren pulserende flitsen van wit licht zagen, reageerden de menselijke organoïde neuronen op vrijwel dezelfde manier als de eigen cellen van de muis.

De onderzoekers van Stanford kozen ervoor om de organoïden bij jonge ratten te plaatsen in plaats van bij volgroeide muizen. Een dag of twee nadat een rat was geboren, injecteerden de wetenschappers een organoïde in een gebied van de hersenen dat aanraking, pijn en andere signalen van over het hele lichaam verwerkt. Bij ratten is de regio bijzonder gevoelig voor signalen van hun snorharen. De menselijke organoïden verbonden zich spontaan in het rattenbrein, en niet alleen met nabijgelegen neuronen. Die verbindingen maakten de menselijke neuronen gevoelig voor de zintuigen van de rat.

Wat kan dat allemaal opleveren?

Maar wat kan dat allemaal opleveren? De onderzoekers gaan nu hersenorganoïden van mensen met autisme en andere neurologische aandoeningen inplanten bij ratten. Ze hopen dat ze verschillen kunnen waarnemen in de manier waarop ratten zich gedragen wanneer ze die hersenorganoïden hebben. Dergelijke experimenten kunnen helpen onthullen hoe bepaalde mutaties de manier waarop de hersenen werken veranderen.

Een andere mogelijkheid is het mogelijke herstel van verwondingen aan menselijke hersenen. Het idee daar is da hersenorganoïden die gekweekt zijn uit de huid van een patiënt met een beschadigde cortex, eenmaal in de hersenen van de patiënt geïnjecteerd, zich zullen verbinden met gezonde neuronen.