Een potentieel alternatief voor het gebruik van proefdieren
We weten dat voedsel belangrijk is voor de groei en functie van ons lichaam. Aminozuren zijn een belangrijk onderdeel van onze voeding. Drie aminozuren zijn van invloed op de activiteit van een bepaald eiwit in de hersenen. Onder andere uit onderzoek met muizen bleek dat te weinig activiteit niet goed is, maar te veel evenmin. Sinds enkele jaren zijn we in staat om hersenorganoïden te kweken waaruit we vergelijkbare onderzoeksresultaten halen als uit muizen. Dit maakt vervolgonderzoek mogelijk met veel minder proefdieren.
Voeding is al voor onze geboorte belangrijk. Zonder voedingsstoffen zou een bevruchte eicel immers nooit uitgroeien tot een volgroeide baby! Het embryo krijgt deze voedingsstoffen voornamelijk via de placenta binnen. Ook in de ontwikkeling van het menselijk brein speelt voeding een belangrijke rol, maar wat de effecten van diverse stoffen precies zijn, is nog onduidelijk. Met behulp van een geavanceerd ‘in vitro’ model hoopten onderzoekers hierover meer te weten te komen.
Aminozuren: zowel positieve als negatieve effecten
Aminozuren zijn een belangrijk onderdeel van onze voeding. Sommige essentiële aminozuren kunnen niet door het lichaam zelf worden aangemaakt, maar moeten we via het eten binnenkrijgen. Hoewel aminozuren belangrijk zijn voor onze gezondheid, lijken ze in specifieke gevallen echter ook schadelijk te kunnen zijn. Zo bleek in vitro (in een kweekschaaltje) dat toevoeging van drie specifieke aminozuren, histidine, lysine en threonine, de activiteit van het eiwit mTOR verminderde. Dit eiwit is bij veel belangrijke biologische processen betrokken, zoals celgroei en celmigratie, en ontregeling ervan is betrokken bij hersenziekten. Autisme is bijvoorbeeld gelinkt aan een verhoogde activiteit van mTor. Kortom, te weinig mTOR kan leiden tot onvoldoende groei, maar te veel mTOR houdt verband met hersenziektes zoals autisme.
Rol van voeding op hersenontwikkeling
In een studie waarbij muizen vroeg na de geboorte een dieet kregen met deze drie essentiële aminozuren was de mTOR-activiteit in de hersenen ook verminderd. Tegelijkertijd bleek het dieet gedrag dat gerelateerd is aan autisme te kunnen herstellen. Mogelijk speelt de beschikbaarheid van de drie genoemde aminozuren niet alleen na de geboorte maar ook in de foetus een rol in de ontwikkeling van het brein. In dat geval zouden de eetgewoontes van de moeder tijdens de zwangerschap hierop dus van invloed kunnen zijn. Methoden om de onderliggende mechanismen in een menselijk model van neurologische ontwikkeling te bestuderen zijn echter beperkt.
Mini-hersenen in een kweekschaal
Sinds enkele jaren is het mogelijk om uit menselijke huidcellen, geïnduceerde pluripotente stamcellen (‘alleskunners’) te maken en deze tot mini-organen te kweken, waaronder ook een mini-brein, ook wel hersenorganoïde genoemd. Deze hersenorganoïden vormen een wat geavanceerder model dan de veelbestudeerde 2D kweekmodellen. Zo vertonen ze structurele eigenschappen die specifiek zijn voor de vroege ontwikkeling van de menselijke hersenschors, en bevatten ze bovendien, als ze ouder worden, een veelvoud aan verschillende celtypes, die een geïntegreerd netwerk vormen.
Hersenorganoïden bevestigen resultaten in proefdieren
In een gezamenlijk project van het hersencentrum van het UMC Utrecht en Nutricia, waar ook een van onze BPRC-onderzoekers bij betrokken was, zijn voor het eerst hersenorganoïden gebruikt om de invloed van aminozuren op de ontwikkeling van het brein te onderzoeken. In deze studie werden hersenorganoïden blootgesteld aan verhoogde hoeveelheden van de aminozuren histidine, lysine en threonine, wat leidde tot remming van de mTOR-activiteit en kleinere (en dus minder goed ontwikkelde) organoïden. Al met al heeft deze studie laten zien dat hersenorganoïden een vergelijkbare reactie op voedingsveranderingen vertonen als knaagdieren. Dat is goed nieuws, want het opent mogelijkheden om dierstudies te verminderen en de ontwikkeling van de hersenen te onderzoeken als reactie op blootstelling aan omgevingsfactoren die relevant zijn voor psychiatrische stoornissen.
Deze studie, gepubliceerd in het blad Nutrients, werd gesubsidieerd door het ZonMw programma Meer Kennis met Minder Dieren (MKMD), om innovaties die bijdragen aan het beantwoorden van wetenschappelijke vragen zonder dierproeven te stimuleren.