Project

NEUROMUS: in-vitro systemen voor meerdere organen

In het NEUROMUS-project werken onderzoekers aan in-vitro systemen voor meerdere organen, zoals brein-spier- en brein-darmverbindingen. Deze systemen zullen worden gebruikt voor onderzoek naar menselijke gezondheid en veeteelt. De focus van NEUROMUS zal zijn gericht op zenuwcellen en innervatie.

Het centraal zenuwstelsel (CZS) integreert sensorische informatie om indirect de functies van weefsels en organen te coördineren. De primaire mediators van deze zenuw-orgaanverbindingen zijn axonen, vezelachtige uitlopers van zenuwcellen, neuronen genoemd. Neuronen zijn verbonden via junctions (met behulp van innervatie) met einddoelcellen en spelen rollen in de ontwikkeling, rijping, functie, regulerende controle, en de regeneratie en pathologie van weefsels en organen. Helaas gaat dergelijke innervatie verloren bij in-vitro cel-, weefsel- of orgaankweek die wel verschillende celtypen bevat maar geen neuronen. Daarom is innervatie via zenuwweefselengineering en/of axon-geleidingsstrategieën essentieel voor in-vitro organogenese in meerdere weefsel- en orgaansystemen.

In het NEUROMUS-project zijn drie celtypen nodig voor functionele innervatie: (1) neuronale cellen, (2) spiercellen (skelet, hart en glad) en (3) darmcellen. Bovendien maken gezamenlijke kweken van neuronale cellen, Schwann-cellen en gliacellen, die complexe celsystemen opleveren, het mogelijk om biologisch correcte myelinatie te verkrijgen. Gezamenlijke kweken van neuronen met astrocyten en microglia kunnen worden gebruikt om hersenontsteking te bestuderen, bijvoorbeeld veroorzaakt door infectie of door pro-inflammatoire cytokinesignalen. De complexe celsystemen die de onderzoekers voorstellen in-vitro te genereren kunnen worden gebruikt om de effecten van voedsel- en voedingscomponenten, (microbiële) metabolieten en medicijnen op de gezondheid, ziekte en pathologie te bestuderen. Dergelijke in-vitro modellen zouden het gebruik van laboratoriumdieren mogelijk nog verder kunnen verminderen.

Belangrijkste onderzoeksvragen

  1. Wat is de rol van mitochondriaal metabolisme en signalering op de vorming en functionaliteit van neuromusculaire verbindingen (NMJ) in gezondheid en ziekte?
  2. Hoe wordt de chemische signalering tussen de hersenen en de darmen gereguleerd?

Voortgang (september 2022)

Om de onderzoeksvragen aan te pakken hebben de onderzoekers verschillende mijlpalen vastgesteld en bereikt. Zij hebben menselijke stamcellen en materialen verkregen om neuronale stamcelvoorraden aan te leggen en hebben via MTA's de overeenkomstige goedkeuringen verkregen. Stamcellen zijn met behulp van het MYOD-gen op stabiele wijze getransfecteerd om spierdifferentiatie in iPSC’s (induced pluripotent stem cells) op te wekken. De onderzoekers valideren momenteel de transformatie door karyotyping en functionele karakterisering van iPSC's voordat ze de differentiatie van iPSC's in spieren en neuronen stimuleren, en onderzoeken neuromusculaire kruispunten (NMJ’s).

Ze zijn begonnen met laboratoriummuizen en hebben skeletspieren en neuronen uit het ruggenmerg geïsoleerd en genomisch getypeerd. Hieruit is MyoD-construct gegenereerd om spierdifferentiatie uit iPSC’s en geïsoleerde muis-embryonale fibroblasten (MEF’s) op te wekken. Het team werkt momenteel aan het herprogrammeren van MEF’s in iPFC's met behulp van een niet-geïntegreerd virale-vectorsysteem en het stabiel transfecteren van geherprogrammeerde iPFC's met MyoD-constructen. Net als bij menselijke cellen zullen de onderzoekers de transformatie valideren door karyotyping en functionele karakterisering van iPSC's voordat ze de differentiatie van iPSC's in spieren, neuronen en NMJ's stimuleren.

Resultaten

In het NEUROMUS-project hebben onderzoekers met succes een diffentiatieprotocol ontwikkeld om spiercellen te ontwikkelen uit menselijke iPSC's. Ze zijn ook geslaagd in het herprogrammeren van muis-embryonale fibroblasten tot iPSC's met behulp van een gemuteerd nicotinamide nucleotide transhydrogenase-gen.