Vijf jaar oude hersenorganoïden lijken op het brein van een vierjarig kind

Biologen hebben vijf jaar lang hersenorganoïden gekweekt en onderzocht – langer dan ooit tevoren. De activiteit van de mini-orgaantjes wijst erop dat ze het verstrijken van de tijd konden waarnemen.

Biologen hebben vijf jaar lang miniatuurversies gekweekt van de hersenschors, een gebied dat betrokken is bij het denken en het geheugen. Daarmee zijn dit de langstlevende hersenorganoïden die uitgebreid zijn onderzocht.

De organoïden vertoonden een patroon van genactiviteit dat kenmerkend is voor de hersenen van een vierjarig kind. ‘Hun verouderingspatroon blijkt overeen te komen met dat van ontwikkelende hersenen van ongeveer dezelfde leeftijd’, zegt neurowetenschapper András Lakatos van de Universiteit van Cambridge, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Klompjes cellen

Hersenorganoïden zijn klompjes hersencellen die in het laboratorium worden gemaakt. Door stamcellen met bepaalde stoffen te stimuleren, ontwikkelen ze zich tot klompjes die lijken op de hersenen van een foetus. Onderzoek naar deze organoïden heeft nieuwe inzichten opgeleverd in autisme en aandoeningen zoals dementie. Maar omdat het kweken ervan duur is en veel handmatig werk vereist, worden de orgaantjes meestal maar enkele maanden in leven gehouden, zegt Lakatos.

In 2021 lukte het onderzoekers om menselijke organoïden twee jaar lang te kweken. Deze structuren bootsten de ontwikkeling van de hersenschors na, vanaf de foetusfase tot bijna een jaar na de geboorte.

Neurowetenschapper Paola Arlotta van de Harvard-universiteit en haar collega’s hebben nu de genetische activiteit onderzocht van vijf jaar oude organoïden van de menselijke hersenschors. Het team heeft hetzelfde type organoïden ook al zeven jaar lang gekweekt, maar er zijn te weinig van deze oudere exemplaren om ze betrouwbaar te kunnen analyseren, zegt Arlotta.

Hersenontwikkeling

De onderzoekers analyseerden niet alleen de genetische activiteit in de cellen van de vijf jaar oude organoïden, maar ook epigenetische kenmerken. Dat zijn chemische markeringen op het DNA die de activiteit van genen aansturen. Deze veranderen met de leeftijd.

Het team vergeleek hun metingen met gegevens uit eerder onderzoek naar de hersenen van foetussen. Daaruit bleek dat de organoïden die drie tot zes maanden oud waren leken op de hersenen van een foetus drie tot zes maanden na de conceptie.

Naarmate de organoïden ouder werden, gingen ze steeds meer lijken op latere stadia van de hersenontwikkeling. De activiteit van de vijf jaar oude organoïden kwam overeen met die in de hersenschors van een gemiddeld vierjarig kind. ‘Hun epigenetische kenmerken en genactiviteit lieten zien dat ze het verstrijken van de tijd registreerden’, zegt Arlotta.

Nieuwe inzichten

Langlevende organoïden kunnen volgens Lakatos helpen om te onderzoeken hoe autisme en aandoeningen zoals epilepsie ontstaan tijdens latere stadia van de hersenontwikkeling. Arlotta en haar collega’s gebruiken hun organoïden hier al voor. Daarnaast testen ze er medicijnen mee die het verloop van epilepsie kunnen beïnvloeden.

Voor andere onderzoeksgroepen is dat vanwege de moeilijkheden met het kweken van organoïden niet eenvoudig, zegt Lakatos. Daarom is het volgens hem belangrijk om manieren te vinden om de veroudering van organoïden te versnellen.