Twee onderzoeksgroepen hebben ontbrekende hersenstructuren bij muizen laten opvullen door stamcellen van ratten. Zo ontwikkelden ze hybride muizenbreinen.
Stamcellen van ratten kunnen in de hersenen van muizen uitgroeien tot hersencellen die ontbrekende of beschadigde delen herstellen. Dat hebben twee onderzoeksgroepen onafhankelijk van elkaar aangetoond. Hun publicaties verschenen gelijktijdig in het vakblad Cell.
De rattige muizen zijn niet de eerste hybride knaagdieren. Eerder hebben onderzoekers al organen van ratten, waaronder alvleesklieren, laten groeien in muizen. En in 2022 zijn er menselijke hersencellen getransplanteerd in het brein van jonge ratten. Maar niet eerder toonden wetenschappers aan dat hersencellen van ratten volledig verweven kunnen raken met een muizenbrein en daar zelfs belangrijke taken kunnen uitvoeren.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Flexibiliteit
‘Met deze experimenten kunnen we de flexibiliteit van de hersenen onderzoeken als het gaat om het opnemen van andere cellen’, mailt neurowetenschapper Kristin Baldwin van de Columbia-universiteit in New York. Dat kan wetenschappers iets vertellen over hoe hersenweefsel groeit en zich ontwikkelt.
Muizen en ratten lijken op het eerste gezicht op elkaar, maar evolutionair scheidden hun wegen zich al 20 tot 30 miljoen jaar geleden, vertelt Baldwin. ‘Hun hersenen hebben dus lang de tijd gehad om hun eigen pad te kiezen. Het was daarom niet vanzelfsprekend dat rattencellen zouden overleven en ook nog zouden kunnen functioneren in het muizenbrein.’
Vroege start
De twee onderzoeksgroepen introduceerden de rattencellen in een vroeg stadium van de ontwikkeling van de muizen. Ze injecteerden de stamcellen – die nog kunnen uitgroeien tot verschillende typen cellen – in blastocysten van muizen. Een blastocyste is een voorloper van een embryo.
De onderzoeksgroep van Baldwin keek naar de invloed van rattencellen bij muizen die genetisch zo waren aangepast dat het geurcentrum van het brein was aangetast. Een deel van de geurzenuwcellen was vernietigd. Muizen met deze genetische aanpassing konden als volwassene hun reukorgaan niet gebruiken om koekjes die in hun verblijf verstopt waren te vinden.
Als er rattenstamcellen geïnjecteerd waren in deze genetisch aangepaste, vroege muizenembryo’s, dan vulden de rattencellen de gaten van de vernietigde geurzenuwcellen op. Eenmaal volwassen konden deze hybride muizen wel ruiken waar koekjes verstopt lagen.
Ratachtig muizenbrein
De andere onderzoeksgroep, onder leiding van moleculair bioloog Jun Wu van de Universiteit van Texas, pakte het nog wat grootser aan. Met de DNA-bewerkingstechniek CRISPR schakelde ze de genen uit die voor de ontwikkeling van de prosencephalon (of voorhersenen) zorgen. Dit deel van de hersenen regelt een aantal belangrijke zaken, zoals de lichaamstemperatuur, het eten en slapen en hoe een dier reageert op bijvoorbeeld stress.
Muizen zonder voorhersenen sterven kort na de geboorte. Maar ook hier kunnen rattenstamcellen te hulp schieten. Wanneer de onderzoekers die injecteerden in blastocysten van muizen, ontwikkelden de muizen voorhersenen die volledig bestaan uit rattencellen.
De onderzoekers hebben niet getest of muizen met rattenvoorhersenen zich anders – en ‘ratachtiger’ – gedragen dan andere muizen. Het is namelijk lastig om het gedrag van ratten en muizen van elkaar te onderscheiden. Wu: ‘Maar in ons experiment lijkt het erop dat deze muizen met rattenvoorhersenen zich niet ongewoon gedragen.’
Sneller en kleiner
In beide experimenten zagen de onderzoekers dat de rattencellen hun groeitempo en formaat afstemden op het muizenbrein. Rattenhersencellen ontwikkelden zich in ratten namelijk trager dan in muizen. Ook zijn ze in ratten groter dan in muizen. Kennelijk ‘vertelt’ het muizenembryo de rattencellen om te groeien op het tempo van de muizencellen en om kleinere uitlopers te hebben dan nodig zou zijn in het grotere rattenbrein, zegt Baldwin.
Op lange termijn zou deze techniek gebruikt kunnen worden om donororganen met menselijke cellen te kweken in varkens. Maar er zijn nog veel technische en ethische vraagstukken die opgelost moeten worden voordat dat mogelijk is.
Een toepassing die misschien realistischer is, is om hiermee hersenweefsel van wilde of bedreigde (knaag)diersoorten te kweken in labdieren. Dat zou hersenonderzoek mogelijk maken bij dieren die nu niet eenvoudig in een lab onderzocht kunnen worden.
