Een minibrein met oogjes

Geschreven door Tara Wingelaar

Kunstmatige oogjes met jouw eigen DNA kweken in een lab. Dit klinkt als een interessant toekomstscenario, maar dit wordt al uitgevoerd in laboratoria. Een onderzoeksteam van de Heinrich Heine Universiteit in Düsseldorf heeft recent in het laboratorium kleine hersenen gekweekt die zelf ook oogjes kunnen groeien. De oogstructuren werken ook nog eens precies zoals het in het menselijk brein werkt: ze reageren op licht door signalen te sturen naar het minibrein. Hartstikke leuk dat kunstmatige minibrein met mini-oogjes dat ook nog eens functioneel is, maar wat hebben we eraan? En kan het eventueel wat betekenen voor patiënten met oogziektes?

Onderzoek doen met het minibrein
Het gekweekte minibrein met oogjes vormt een 3D structuur (of: ‘organoïde’) die erg vergelijkbaar is aan hoe jouw ogen in verbinding staan met je hersenen. Net zoals bij jou, komt het licht het oog binnen via de lens. Hierna valt het op het achterste deel van het oog: het netvlies. Het netvlies stuurt vervolgens de binnengekomen informatie, via de oogzenuw, naar de hersenen. Die verwerken de informatie en zorgen ervoor dat jij kunt zien.

Schematische weergave van het oog

Omdat de hersenorganoïde met oogjes zo vergelijkbaar is aan hoe het er daadwerkelijk uitziet, kan het gebruikt worden om onderzoek te doen naar bijvoorbeeld de ontwikkeling van oogziektes. Onderzoek naar oogziektes gebeurt nu vooral met behulp van dierproeven of in stukjes weefsel in 2D. Beide methoden hebben veel bijgedragen dit onderzoek, maar het 3D minibrein lijkt de menselijke hersenen het beste na te bootsen.

Behandeling van oogziektes
Nog een belangrijk voordeel van de hersenorganoïde met oogjes, is dat patiënten met oogziektes behandeling op maat zouden kunnen krijgen. Er kan namelijk voor elke patiënt een persoonlijk minibrein gemaakt worden. Het voornaamste bestanddeel nodig om de hersenorganoïde met oogjes te groeien, zijn stamcellen. Deze cellen zijn een soort basiscellen die de unieke eigenschappen van de patiënt zelf bevatten. Dit betekent dat er per patiënt gekeken kan worden hoe ze zullen reageren op bepaalde medicijnen en welke factoren van buitenaf de ziekte beïnvloeden.

Het minibrein met oogjes in een 3D structuur van een paar millimeter groot

Dit zou bijvoorbeeld kunnen bij patiënten die gediagnosticeerd zijn met de oogziekte glaucoom, wat bij ongeveer 2 op de 100 mensen boven de 45 jaar wordt gediagnosticeerd. Bij deze ziekte stijgt de oogdruk doordat bijvoorbeeld afvoerkanaaltjes in het oog verstopt zitten. Die stijgende oogdruk merk je eigenlijk pas als het zo erg is dat het de oogzenuw verdrukt en het effect heeft op je zicht. ‘De schade die al geleden is, die kan je niet meer terugdraaien’, vertelt Laurien van Heukelom over de oogzenuw die onomkeerbaar wordt aangetast bij glaucoom. Zij werkt sinds vier jaar als optometrist in een oogziekenhuis waardoor zij veel ervaring heeft met patiënten met oogziektes zoals glaucoom. Ook is bij haar vader en oma familiaire glaucoom geconstateerd, wat betekent dat zijzelf ook hoog risico loopt op de ziekte. Vanaf een jaar of 40 zal zij zich laten onderzoeken door een oogarts. Het is namelijk belangrijk er vroeg bij te zijn vanwege de onomkeerbare schade aan het netvlies en de oogzenuw die zorgen voor beperkt zicht. ‘Er is niet een behandeling om die defecten in gezichtsveld te verbeteren, je gaat alleen voorkomen dat het erger wordt. En ik moet zeggen dat dat bij veel oogziektes zo is’, vertelt ze.

Behandeling voor patiënten met erfelijke aanleg voor glaucoom bestaat nu voornamelijk uit preventie en het stoppen van verergering van de ziekte. Het minibrein met oogjes kan veel bijdragen aan onderzoek naar het ontstaan van deze ziekte en zorgen voor behandeling op maat.

‘Het is heel beperkend als je slechtziend bent of wordt. Heel beangstigend en frustrerend.’

Kunstmatige oogjes voor transplantatie
Maar het liefst zou je natuurlijk de oorzaak van het gezichtsverlies bij glaucoom aanpakken: de ontstane schade aan het netvlies en de oogzenuw. Hiervoor stellen de onderzoekers vanhet minibrein zelf voor dat de kunstmatige oogjes in de toekomst mogelijk gebruikt kunnen worden voor transplantatie. Bijvoorbeeld van het netvlies en de oogzenuw van patiënten met glaucoom.

In het verleden is wel eens onderzoek gedaan naar het transplanteren van een donornetvlies. Maar omdat dit lichaamsvreemd materiaal is, wordt het vaak verstoten door de patiënt die de netvliestransplantatie ondergaat. Ook de verbinding maken tussen het nieuwe netvlies en de oogzenuw is een obstakel. Hier zou het gekweekte minibrein waar de oogjes dus al aan vast groeien een uitkomst voor bieden. Van verstoting is dan ook geen sprake meer omdat het van de eigen stamcellen van de patiënt is gekweekt. Als de techniek voor het kweken van kunstmatige oogjes verder ontwikkeld en verbeterd zou worden, dan zou dit eventueel een oplossing kunnen bieden voor veel mensen met beperkt zicht door oogziektes als glaucoom.

Bronnen

Ducheyne, P., Grainger, D. W., Healy, K. E., Hutmacher, D. W., & Kirkpatrick, C. J. (2017). Comprehensive Biomaterials II. Elsevier Gezondheidszorg.

Gabriel, E., Albanna, W., Pasquini, G., Ramani, A., Josipovic, N., Mariappan, A., Schinzel, F., Karch, C. M., Bao, G., Gottardo, M., Suren, A. A., Hescheler, J., Nagel-Wolfrum, K., Persico, V., Rizzoli, S. O., Altmüller, J., Riparbelli, M. G., Callaini, G., Goureau, O., . . . Gopalakrishnan, J. (2021). Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles. Cell Stem Cell, 28(10), 1740–1757.e8. https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.07.010

Levin, L. A., & Albert, D. M. (2010). Ocular Disease. Elsevier Gezondheidszorg.

Maculadegeneratie. (2021). Oogfonds.nl. Geraadpleegd op 20 oktober 2021, van https://oogfonds.nl/oogziektes/maculadegeneratie/behandeling-maculadegeneratie