De hersenen zijn een miljoen keer kleiner dan volwassen hersenen en produceren hersengolven die lijken op die van ongeboren baby’s.

Onderzoekers hebben voor het eerst hersengolven gedetecteerd in laboratorium gekweekte hersenen. De hersenen bestaan uit stamcellen en zijn niet groter dan een erwt. “Het niveau van neurale activiteit is ongekend,” zegt onderzoeker Alysson Muotri.

Klein
De minihersenen zijn ongeveer een miljoen keer kleiner dan volwassen hersenen. Maar dat doet niets af aan hun activiteit. Zo namen de onderzoekers hersengolven waar die vergelijkbaar zijn met die van een ongeboren baby.


Stamcellen
De minihersenen, ook wel cerebrale organoïden genoemd, bestaan uit menselijke pluripotente stamcellen. Dit zijn stamcellen die zich kunnen ontwikkelen in elke andere soort cel. Als deze in de juiste omstandigheden worden geplaatst, kunnen ze zich dus ook ontwikkelen in verschillende soorten hersencellen. De onderzoekers ontwierpen een methode om de stamcellen met succes te laten groeien. In totaal kweekte het team gedurende tien maanden honderden organoïden. En de cellen bleken zichzelf inderdaad te organiseren in een 3D-structuur die wel erg veel weg had van een ontwikkelend menselijk brein.

Dit zijn de organoïden van tien maanden oud. Afbeelding: Muotri Lab-UCTV

Hersengolven
Met behulp van een apparaat hielden de onderzoekers de neurale activiteit in de gaten. En na ongeveer twee maanden detecteerden ze hun eerste hersengolf. De signalen kwamen eerst sporadisch en op dezelfde frequentie voor. Maar naarmate de organoïden bleven groeien, produceerden ze hersenengolven op verschillende frequenties en verschenen de signalen bovendien regelmatiger. Dit suggereert dat het neurale netwerk zich steeds verder ontwikkelde. “Dit is het resultaat van meer functionele synapsen,” legt Muotri uit. “Er worden meerdere verbindingen tussen de neuronen gevormd. De interactie tussen neuronen dragen bij aan signalen op verschillende frequenties.”

Bewustzijn
Hoewel de gekweekte minihersenen dus best wat weg hebben van onze eigen hersenen, is het volgens de onderzoekers onwaarschijnlijk dat de organoïden een bewustzijn hebben. “Het is nog steeds een rudimentair model,” zegt Muotri. “We hebben geen andere hersendelen of structuren gemaakt. De hersengolven die we zien hebben misschien zelfs niets te maken met de activiteiten die we zien in echte hersenen.” Dat die mogelijkheid ooit op het toneel verschijnt sluit de onderzoeker echter niet uit. “Het kan zijn dat we in de toekomst iets creëren dat heel dicht bij dat soort signalen in de buurt komt,” zegt ze. “Deze hersenen kennen misschien wel gedrag, gedachten of een geheugen. Maar ik denk niet dat we op dit moment daarvoor enig bewijs hebben.”

Ziektes
In de toekomst wil het team de organoïden verder verbeteren om deze vervolgens te gebruiken om ziektes zoals autisme, epilepsie en schizofrenie goed te onderzoeken. “Als wetenschapper wil ik steeds dichter bij het echte menselijke brein komen,” zegt Muotri. “Ik kan mensen met neurologische aandoeningen op die manier helpen. Zo kunnen er betere behandelingen worden ontwikkeld en de kwaliteit van leven worden verbeterd. Maar het is ook belangrijk om te bepalen waar de ethische grens precies ligt.”

Het is niet voor het eerst dat onderzoekers menselijke organen in laboratorium kweken. Zo zijn wetenschappers er ook al in geslaagd om voor het eerst een menselijk hart te printen. Het 3D geprinte hart is gemaakt van menselijke cellen en eigen biologisch weefsel van de patiënt in kwestie. Hoewel ook dit soort experimenten nog in de kinderschoenen staan, laat het wel zien waar de wetenschap momenteel al toe in staat is.