De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten NEUROBASIC PHARMAPHENOMICS
De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten NEUROBASIC PHARMAPHENOMICS
Amsterdam 2016
NEUROBASIC
Inhoud Voorwoord
3
Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten NeuroBasic in vogelvlucht
6
Schizofrenie behandelen begint bij begrip Muizen met epilepsie
4
8
13
Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker ‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’ NeuroBasic partners Colofon
16
22
24
25
Voor meer informatie klik op de links en de ikonen
Deze uitgave kwam tot stand in samenwerking met Kennislink.nl, dé populairwetenschappelijke website voor het Nederlandse taalgebied. Voor meer actuele informatie en nieuws over onderwerpen in dit boek, raadpleeg de partnerpagina van NeuroBasic: http://www.kennislink.nl/partners/neurobasic-pharmaphenomics, of het thema: www.kennislink.nl/thema/ziek-brein
NEUROBASIC
Voorwoord Chris de Zeeuw PROGRAMMADIRECTEUR EN HOOGLERAAR NEUROWETENSCHAPPEN ERASMUS UNIVERSITAIR MEDISCH CENTRUM ROTTERDAM
NeuroBasic PharmaPhenomics heeft doorgepakt
De patiënt omdat we nu zicht hebben op medicijnen
waar NeuroBSIK MousePhenomics, eveneens gefi-
tegen zeker vijf hersenziekten. De economie omdat
nancierd uit FES-geld, is gestopt. MousePhenomics
we de standaard hebben kunnen zetten in muis-
leverde gestandaardiseerde methoden om hersen-
modellen voor hersenonderzoek, met een florerende
ziekten te kunnen meten aan een muismodel. Voor
commerciële spin-off.
ons lag de uitdaging om met dat enorm krachtige
Het is alleen jammer dat FES geen verstandig gevolg
onderzoeksgereedschap medicijnen te ontwikkelen
heeft gekregen. Het is zeer de moeite waard, zowel
die daadwerkelijk ingrijpen op de genetische oorzaak
voor patiënten als voor onderzoekers, om ook het
van hersenziekten zoals schizofrenie, epilepsie en
effect op sociaal gedrag van ontworpen medicijnen
depressie.
in een proefdiermodel te kunnen onderzoeken.
MousePhenomics was voor ons bovendien het
Daardoor zou je een nog betere simulatie van
bewijs dat de kruisbestuiving tussen wetenschap en
hersenziekten in een model kunnen krijgen. Met
bedrijfsleven die FES beoogde, goed werkte en zowel
het stopzetten van de FES-regeling enerzijds, en
in termen van wetenschappelijke progressie als
het telkens verscherpen van het toezicht op het
valorisatie en economische spin-off goede resultaten
gebruik van proefdieren anderzijds, is de kans op
behaalde. Zowel patiënt als economie zijn winnaar.
een NeuroBasic SocioPhenomics zeer klein.
Herman Verheij LSH-FES SECTOR COÖRDINATOR
Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende
private samenwerkingsverband te komen: tegen
resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-
elke euro subsidie van de overheid werd ook een
project NeuroBasic. LSH staat voor ‘Life Sciences
euro door de partners geïnvesteerd. Na zes jaar hard
& Health’, oftewel de toepassing van de levens-
werken zijn de resultaten direct inzetbaar voor
wetenschappen voor onze gezondheid, en FES
patiënten, danwel kunnen ze worden gebruikt voor
voor ‘Fonds Economische Structuurversterking’,
onderzoek dat heel dicht bij patiënten staat. Hiermee
de zogenoemde aardgasbaten.
heeft het consortium aangetoond dat het de onder-
NeuroBasic begon zijn activiteiten in 2010, na goed-
zoeksgelden optimaal heeft ingezet om bij te dragen
keuring door de Nederlandse overheid van een over-
aan het verbeteren van de nationale gezondheid, en
koepelend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door
voor het aanjagen van de economische bedrijvigheid
een combinatie van vele partners – waaronder kleine
in Nederland.
en middelgrote bedrijven, multinationals, universi-
Veel van deze resultaten vindt u terug in dit boek,
taire en medische onderzoeksgroepen, patiëntenor-
waarbij u zich keer op keer zult kunnen verwonderen
ganisaties, en de ministeries van VWS, OCW en EZ.
over de laatste ontwikkelingen in dit boeiende vak-
De FES-subsidie werd ingezet om tot een publiek-
gebied. Ik wens u dan ook veel leesplezier!
3
NEUROBASIC
Introductie tekst: René Rector beeld: Parkers
Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten Hersenziekten scoren in de overlijdensstatistieken ver onder kanker en harten vaatziekten. Daardoor wordt de impact van aandoeningen aan de hersenen nogal eens onderschat. De invloed op kwaliteit van leven, de behandelkosten en het ziekteverzuim als gevolg van ziektes als depressie, epilepsie, autisme en schizofrenie is immens. Behalve een onderschatte impact hebben die hersen-
genetische defect te bezorgen dat bij mensen tot een
ziektes nog iets gemeen: er bestaat geen medicijn
hersenziekte leidt”, vertelt programmadirecteur en
tegen. Maar dat gaat veranderen, als het aan het
hoogleraar Neurowetenschappen Chris de Zeeuw.
NeuroBasic consortium ligt. Het consortium
“Vervolgens hebben we heel nauwkeurig vastgelegd
ontwierp een methode waardoor je adequaat en
hoe een muis zich afwijkend gedraagt bij de ver-
gericht een stof kunt ontwikkelen die epileptische
schillende hersenziekten. Dat is nodig. Bij ziekten
aanvallen onderdrukt of schizofrenie bestrijdt.
als kanker of hart- en vaatziekten kun je vaak op
Het grote probleem bij hersenziektes is dat medi-
cellulair niveau zien wat er mis is en of je genees-
cijnen op geen enkele manier te testen waren. De
middel iets heeft gedaan. Bij hersenziekten moet
geschiedenis telt tal van ethisch onverantwoorde
je dat afleiden uit het gedrag van een proefdier.”
experimenten waarin mensen als proefkonijn werden gebruikt. In de farmacologie is het testen op
Om het muisgedrag te kunnen vastleggen was veel
proefdieren de regel, maar omdat niemand kon ver-
innovatie nodig: een methode om naar behoefte
tellen of een muis schizofreen is of niet, laat staan
genen aan of uit te kunnen zetten, testjes die zorg-
schizofrenie bij muizen kon veroorzaken, was het
vuldig meten in hoeverre een proefdier lijdt aan de
ontwikkelen van een medicijn voor een hersenziekte
aandoening die door de genetische mutatie zou
een hachelijke onderneming.
moeten zijn veroorzaakt, en een registratiesysteem dat van honderden muizen tegelijk het gedrag kan
“In een voorloper van NeuroBasic, hebben we een methode ontwikkeld om muizen heel specifiek dát
4
vastleggen en analyseren.
NEUROBASIC
NeuroBasic startte met iets wat nog geen weten-
De laatste stap voor de klinische tests begonnen,
schappelijk onderzoeker eerder had gehad: een
was misschien wel de spannendste. Want een epi-
proefdiermodel waarop je kan testen. De Zeeuw:
leptische muis kunnen behandelen is één ding. Of
“Nederland was de enige locatie waar je zoveel
het middel ook bij mensen werkt, is altijd nog maar
wetenschappers van zoveel verschillende disciplines
de vraag. “We lijken op muizen. Maar we hadden al
dicht bij elkaar hebt. Er zitten mensen tussen met
eerder gezien dat ook al grijpt een middel in op de
veel verstand van gedrag, van hersenen, zenuwen,
synthese van één bepaald eiwit en is die synthese bij
het limbische systeem, van software, van techniek
de muis gelijk aan die bij de mens, er toch verschil-
om in hoog tempo muizen te screenen zonder stress
len zijn in wat het lichaam doet met een medicijn,
te veroorzaken. Elders in de wereld krijg je de exper-
of met het eiwit”, stelt De Zeeuw. Daarom blijft het
€ Medicijn
********
tise niet voldoende bij elkaar, niet in de academische
spannend tot de laatste klinische trials zijn afgerond.
wereld en niet bij de farmaceutische industrie.”
Maar hij acht de kans groot dat NeuroBasic niet alleen het proefdieronderzoek naar een nieuw
Het was een begin. Met een zieke muis in de hand
niveau heeft getild, maar dat het ook medicijnen
was de grote uitdaging binnen NeuroBasic om werk-
gaat opleveren tegen autisme, neurofibromatose1,
zame stoffen te ontwerpen voor medicijnen. Daarna
tubereuse sclerose2, epilepsie en schizofrenie.
volgde de test op proefdieren, en werd duidelijk of een medicijn in de dop ook doet wat het moet doen. De volgende stap was om duidelijk te krijgen waarom het medicijn bij de muis wel of niet werkte. Soms moesten de onderzoekers terug naar de tekentafel.
1
Neurofibromatose is het erfelijk onvermogen neurofibromine aan te maken, met zeer uiteenlopende kenmerken, variërend van café-au-laitvlekken tot leerproblemen.
2 Tubereuse sclerose is meestal een mutatie, met uiteenlopende gevolgen zoals epilepsie, autisme, een verstandelijke handicap, huidaandoeningen en nieraandoeningen.
5
NEUROBASIC
Infographic tekst: René Rector beeld: Parkers
NeuroBasic in vogelvlucht Het ontwikkelen van medicijnen voor hersenziekten lukte nooit goed, omdat hun werkzaamheid pas wordt aangetoond in het gedrag. Daardoor was ontwikkeling een kwestie van trial and error.
1 In de zaad- en eicellen genetische mutaties worden aangebracht. Dit veroorzaakt genetische defecten.
Epilepsie?
AGG TCC
2 De muizen worden gescreend of ze het juiste defect hebben.
3 Met behulp van gestandaardiseerde testjes wordt gemeten welke hersenaandoening de testmuis heeft, zoals epilepsie, schizofrenie of Parkinson.
6
5 Het medicijn wordt toege4 Op basis van het genetische defect wordt een medicijn ontworpen.
diend aan de muis. Daarna wordt het effect van het medicijn geanalyseerd.
NEUROBASIC
10 Het medicijn is klaar.
€ Medicijn ********
?
9 Pas dan is het tijd voor een klinische test.
8 Een werkzaam medicijn voor een muis is niet automatisch hetzelfde als voor een mens. Nu zoekt de onderzoeker uit of het medicijn in mensen hetzelfde zou doen.
OK? JA NEE
7 Nu moet bepaald waarom het medicijn goed werkt. 6 Als het medicijn niet het gewenste effect heeft, wordt het verfijnd, of gaat de onderzoeker terug naar de tekentafel. 7
NEUROBASIC
Inter view tekst: Rineke Voogt beeld: Michel Mees
Schizofrenie behandelen begint bij begrip Voor mensen met schizofrenie is het dagelijks leven niet makkelijk. Medicijnen kunnen helpen om de symptomen te onderdrukken, maar de bijwerkingen zijn niet mild. Steven Kushner, hoogleraar Neurobiologische psychiatrie aan het Erasmus Medisch Centrum zoekt als onderzoeker binnen NeuroBasic naar alternatieve behandelingen, maar: “de ziekte is lastig te begrijpen en de stap van proefdieren naar de mens is groot.” 8
NEUROBASIC
In de volksmond wordt schizofrenie soms aangeduid
dagdromen over een gesprek, dan weet ik: dat is niet
als een “gespleten persoonlijkheid”, met talloze
echt, het is een dagdroom. Een schizofreniepatiënt
alter ego’s. In werkelijkheid heeft de ziekte niets
kan zo’n dagdroomgesprek juist als de realiteit erva-
te maken met meervoudige persoonlijkheid, maar
ren. Dat maakt het leven erg ingewikkeld.”
met een gebroken denkproces. Schizofrenie tast de manier van denken aan. Het lopen, praten, eten
Opgeteld bij de vervelende symptomen komt
of slapen is niet anders, maar de patiënt heeft het
ook nog een vervelend stigma van de ziekte, zegt
fundamenteel lastiger om de wereld om zich heen te
Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’,
begrijpen. Kushner: “Wij zien dingen om ons heen
rinkelt er bij de omgeving al snel een alarmbel: hier
en we snappen meteen wat belangrijk is, en wat we
klopt iets niet. We vinden het eng. Terwijl als iemand
kunnen negeren; wat echt is en wat niet. Iemand
zichzelf met insuline injecteert, we meteen weten
met schizofrenie kan dat niet goed. Als ik als gezond
waar het om gaat en vinden we dat misschien
persoon bijvoorbeeld in mijn eentje ben en zit te
oncomfortabel, maar normaal.”
9
NEUROBASIC
“Het zijn altijd de bijwerkingen waar patiënten over klagen.” Zo’n half tot één procent van alle volwassenen
De ruimte voor verbetering zit dus vooral in het
heeft schizofrenie. Dat percentage is in elke bevol-
verminderen van de bijwerkingen. “Je zal zelden
kingsgroep gelijk. De ziekte openbaart zich vanaf
een patiënt horen klagen: ik wou dat mijn medi-
het twintigste levensjaar en is chronisch: schizo-
cijn beter werkte. Het zijn altijd de bijwerkingen,
frenie is ongeneeslijk. Er zijn medicijnen, en vol-
die soms zo naar zijn dat iemand liever helemaal
gens Kushner maken die het verschil tussen dag
geen medicijnen neemt”, zegt Kushner.
en nacht. “Voordat er medicatie was, moest een patiënt eigenlijk continu in een psychiatrisch
Binnen NeuroBasic zijn de onderzoekers op zoek
ziekenhuis verblijven, maar dat is gelukkig niet
gegaan naar manieren om medicijnen te verbete-
meer nodig. Toch is het voor patiënten lastig om
ren. Dat deden ze in verschillende stappen.
al hun mogelijkheden te benutten en een gelukkig,
Allereerst moet je een ziekte beter begrijpen.
productief leven te leiden. Medicatie is niet niks.”
Schizofrenie wordt, net als de overgrote meerderheid van ziektes, veroorzaakt door een combinatie
Antipsychotica – de medicijnentypen die de
van genen en wat onderzoekers “levenservaring”
meeste patiënten slikken – resulteren in een ver-
noemen: voeding, leefstijl, ongelukken, omge-
moeidheid die nooit verdwijnt en in afgestompte
ving, et cetera. Maar in welke verhouding genen
emoties. Patiënten worden niet meer heel verdrie-
en levenservaring bepalend zijn, is nog niet
tig, maar ook niet uitzinnig blij. Sommige mensen
bekend. “Daarom zijn we gestart met de
kunnen beter met die bijwerkingen omgaan dan
Gezin-studie (Gezin komt van GEnetische Zoek-
anderen, maar vergelijkbaar met een leven zonder
tocht In Neuropsychiatrische Stoornissen), een
schizofrenie is het nooit. Op de lange termijn lei-
onderzoek bij families bij wie schizofrenie voor-
den de medicijnen ook tot abnormale bewegingen,
komt”, zegt Kushner. “Bij hen is de genetische
vergelijkbaar met der ziekte van Parkinson. Dat
component sterk aanwezig, en zo konden we de
komt doordat de receptoren waar de medicijnen op
genen identificeren die bij schizofrenie horen.”
aangrijpen ook belangrijk zijn voor beweging.
Zodra die genen bekend waren, maakte dat het makkelijker om een ziekte te bestuderen bij proefdieren. In de zoektocht naar betere medicijnen moest de werking van verschillende stoffen getest worden. Dat kan met proefdieren, maar gelukkig ben je als onderzoeker sinds een paar jaar niet meer uitsluitend daarop aangewezen. Ook van induced pluripotent stem cells (IPSCs), volwassen huid- of bloedcellen die herprogrammeerd zijn tot stamcel, kunnen hersencellen zoals neuronen worden gekweekt. Die actieve levende hersencellen gedragen zich op dezelfde manier als hersencellen uit het lichaam. Van de deelnemers aan de Gezin-studie kon dus een klein beetje huidweefsel worden afgenomen om met IPSCs hersencellen te kweken – in de eerste plaats
10
NEUROBASIC
Schizofrenie behandelen begint bij begrip
Steven Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’, vinden we het eng.”
om te zien hoe de werking van hun hersencellen
weet dat een stof het gewenste effect heeft op een
verschillen, en in de tweede plaats om de effecten
neuron, ben je er nog niet. Het volgende stadium
van een stof te testen. De onderzoekers bestudeer-
is bestuderen of het middel de goede invloed heeft
den de morfologie, genexpressie en elektrofysiolo-
op het gedrag en het functioneren van het
gische eigenschappen van de hersencellen. “Het is voor schizofrenie belangrijk om op neuronniveau te kijken, omdat er uiteindelijk dáár iets misgaat”, zegt Kushner. “Maar we hebben daarnaast gekeken naar de andere hersenceltypen zoals oligodendrocyten
“Voor dit soort studies ontkom je er niet aan om met proefdieren te werken.”
(de cellen die verantwoordelijk zijn voor de isolatie van neuronen, om ze efficiënter elektrische impul-
héle individu. En daar komt de werkwijze van
sen te laten geleiden, red.). Het probleem kan ook
NeuroBasic weer om de hoek kijken. Voor het
op een andere plek ontstaan.” Tot nu toe lijken de
behandelen van hersenziektes is het niet mogelijk
tests er inderdaad op te wijzen dat vooral oligoden-
om alleen op celniveau te kijken, maar is juist het
trocyten (uit IPSCs) anders zijn bij schizofreniepa-
gedrag bepalend: daaraan kun je zien of de stof
tiënten, vergeleken met hun gezonde familieleden.
de gewenste uitwerking heeft. Kushner: “Voor
De onderzoekers wisten met IPSCs een aantal moge-
dit soort studies ontkom je er niet aan om met
lijke werkzame stoffen te identificeren. Maar als je
proefdieren te werken.”
11
NEUROBASIC
Schizofrenie behandelen begint bij begrip
“Een proefdier is geen persoon, het is de next best option.” In een voorloperproject van NeuroBasic slaagden
gedrag, motoriek en cognitieve functies. Om het
onderzoekers erin om muizen genetisch zó aan te
effect van een stof op de hersenfuncties van een
passen dat ze menselijke ziekten hebben. De eerste
schizofrene muis te beoordelen, kun je de muis
stap is dan: controleer of de muizen ook daadwer-
bijvoorbeeld een taak laten doen waarbij geheugen en cognitieve flexibiliteit nodig zijn (zie ook: Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker). Als een muis moeite heeft om een routine die hij geleerd heeft te veranderen, dan duidt dat op een symptoom van schizofrenie: inflexibiliteit. Lijkt die stof te werken, en gaat het gedrag van de dieren vooruit, dan is dat nog steeds geen reden voor een feestje. Uiteindelijk moet het medicijn ook bij mensen werken. Die stap van muis naar mens is groot. “Een proefdier is geen persoon, het is de next best option: een model.” Voordat een middel dat moet ingrijpen op de slecht functionerende neurologische circuits aan een patiënt kan worden gegeven, moet dus goed duidelijk zijn of de fysiologische eigenschappen waarop de stof inwerkt hetzelfde zijn bij mens en muis. Zelfs dan is succes niet verzekerd. Een klinische studie aan
kelijk de bijbehorende symptomen vertonen.
het eind van het traject kan pas echt uitsluitsel
Voor schizofrenie is dat lastig. Kushner: “Het is
geven.
nog onbekend of muizen écht schizofreen kunnen worden. Bij mensen wordt de diagnose aan de
Voor schizofrenie lopen op dit moment meerdere
hand van een gesprek gesteld, gebaseerd op
klinische studies, die zich allemaal richten op het
iemands gedachten en ervaringen – wat bij een
verbeteren en aanvullen van antipsychotica. Over
muis natuurlijk niet mogelijk is.” Toch lukt het
de resultaten is nog niets bekend, maar Kushner
onderzoekers om met behulp van genetische
heeft positieve verwachtingen: “We hebben met
en farmacologische manipulaties het risico voor
NeuroBasic al zoveel vooruitgang geboekt voor de
schizofrenie te verhogen en de symptomen ervan
behandeling van erfelijke neurologische aandoe-
te veroorzaken bij de muizen. Zo kunnen ze de
ningen – vooral voor ziektes waarvan we vanaf
neurobiologische mechanismen die bij schizo-
het begin al meer wisten. Nu hebben we ook voor
frenie veranderingen in het brein teweegbrengen
schizofrenie veel meer kennis opgebouwd, die op
onderzoeken. “Het lukt goed om de neurofysiolo-
termijn veel betere medicijnen kan opleveren.”
gische veranderingen in het brein en de cognitieve en sociale stoornissen van mensen met schizofrenie bij een muis na te bootsen”, zegt Kushner. Vervolgens kunnen er stoffen getest worden bij de muizen, om te zien wat de stoffen doen met hun
12
NEUROBASIC
Case study tekst: Joost van der Gevel beeld: Ruud Toonen
Muizen met epilepsie Binnen het NeuroBasic-consortium maakt de groep van Matthijs Verhage muismodellen voor epilepsie door een eiwit uit te schakelen dat betrokken is bij de signaaloverdracht tussen de zenuwcellen in de hersenen, de neurale communicatie. Een zoektocht naar gerichte geneesmiddelen voor hersenziektes. Met hulp van een muis met epilepsie.
Stills uit een filmpje van een 'springende' muis met epilepsie.
De baby op het filmpje ligt op zijn rug en maakt plots
de zenuwcellen op het juiste moment en in de juiste
samentrekkende, spastische bewegingen. Dan ligt
hoeveelheid afgeven. Waarna de volgende zenuwcel
hij weer even stil en schokt opnieuw. Op een EEG
ze opneemt. Zo “praten” de zenuwcellen met elkaar.
(hersenfilmpje) zie je dit terug. Het is even rustig,
Door foutjes in het eiwit raakt dit proces ontregeld.
en ineens piekt er activiteit. Het zijn epileptische
Dat wordt zichtbaar als epileptische aanvallen en
aanvallen. Het kind heeft Ohtahara-syndroom,
leidt tot mentale retardatie.
een vorm van epilepsie die gepaard gaat met zware mentale retardatie. Kinderen met dit syndroom
MUNC18 is niet het enige eiwit dat betrokken is bij
komen hiervoor vaak al tijdens hun eerste levens-
de signaaloverdracht in de hersenen. Van een aantal
maanden naar het ziekenhuis. De Japanner Ohtahara
eiwitten was al bekend dat mankementen leiden tot
vond in 2008 de oorzaak: spontane mutaties in het
hersenziekten zoals schizofrenie, Alzheimer, ADHD
eiwit MUNC18.
en epilepsie. Neurobioloog Ruud Toonen uit de groep
Signaaloverdracht
op MUNC18. Hij onderzoekt hoe fouten in dat eiwit de
Door die mutaties gaat er in de hersenen van deze
signaaloverdracht verstoren, en hoe dat samenhangt
kinderen iets mis in de signaaloverdracht tussen
met Ohtahara-syndroom. “Dit eiwit is onmisbaar
de zenuwcellen. Het MUNC18-eiwit heeft daarin een
voor de signaaloverdracht in het brein”, benadrukt
cruciale functie. Het zorgt ervoor dat blaasjes gevuld
hij, “er is geen menselijk of dierlijk leven mogelijk
met signaalstoffen, die stoffen in de uiteinden van
als dit in het genoom ontbreekt.” Zonder MUNC18
van Matthijs Verhage richt zijn speurtocht specifiek
13
NEUROBASIC
kunnen de zenuwcellen niet met elkaar communi-
defecten die aan de ziekte van Alzheimer, schizo-
ceren. En zit er een weeffout in, dan raakt de balans
frenie en andere hersenziektes ten grondslag liggen.
in de signaaloverdracht verstoord.
In de VS bij Thomas Südhof – die in 2013 de Nobelprijs kreeg voor zijn onderzoek naar de signaalover-
Slimme medicatie
dracht in hersenen – maakte Matthijs Verhage zo’n
Je zou dus een medicijn willen ontwikkelen dat heel
model voor het Ohtahara-syndroom. Een muis-
precies aangrijpt op die verstoring van de commu-
model met een mutatie in het eiwit MUNC18: een
nicatie tussen de zenuwcellen, en de “verbinding”
muis met epilepsie.
weer herstelt. Een middel dat de fout in het eiwit kan repareren of compenseren. Toonen: “Maar daar-
Nonsens-gen
voor moeten wij eerst begrijpen hoe de mutatie de
Zo’n muismodel maak je met stamcellen die je uit
hersencommunicatie precies verstoort. Waarom
een heel vroeg embryo haalt. Die stamcellen heb-
de patiënt ziek wordt. Zodra we dat weten, kunnen
ben zich dan nog niet vaak gedeeld en kunnen nog
we heel gericht medicijnen ontwikkelen die de
uitgroeien tot het hele dier. “Met DNA-technologie
functie van dat eiwit veranderen of verbeteren.
wordt het MUNC18-gen kapotgemaakt of vervan-
Medicatie die ‘slimmer’ is dan de bestaande medi-
gen door een nonsens-gen”, vertelt Toonen. Met
catie, of beter werkt.”
die techniek maak je een klein stukje van een gen na en je plakt er een ander stukje tussen dat de
Voor de ontwikkeling van zo’n geneesmiddel is een
plaats inneemt van het oorspronkelijk stukje DNA.
model nodig waarin je het defect kan bestuderen,
Als de cellen delen wordt dat nonsensgedeelte
en om in een latere fase zo’n medicijn op te testen.
mee gekopieerd. “Dat doen we op één chromo-
Voor die speurtocht naar adequate medicijnen ont-
soom, één van de twee delen van het gen – je
wikkelde NeuroBasic een methode om proefdieren
hebt er van allebei je ouders een. Je krijgt dan
exact dezelfde genetische defecten te geven als de
embryonale stamcellen met één functioneel en
–/–
+/+
+/+ –/– 14
+/–
Mutante MUNC18 muizen een dag voor ze geboren zouden worden. Een hersendood jong met twee gemuteerde MUNC18 genen (-/-), een normaal jong met twee gezonde MUNC18 genen (+/+) en een muis met epilepsie, met een gezond en een gemuteerd MUNC18 (+/-). De middelste en de rechter lijken sterk op elkaar, maar de linker ziet er een beetje anders uit: die kan niet bewegen en is hersendood. Als je een elektrode in het brein brengt, zie je dat er zonder het eiwit helemaal geen signaaloverdracht is. Dat is het bewijs dat als je het eiwit MUNC18 weghaalt, de zenuwcellen geen signalen meer kunnen overdragen.
NEUROBASIC
Muizen met epilepsie
Zenuwcel met in rood de dendrieten en in groen de synapsen, de contactpunten.
één niet-functioneel MUNC18. Die gemuteerde embryonale stamcellen plaatsen we terug in zo’n vroeg embryo. Ze delen dan verder mee als dat uitgroeit tot een muis.”
Zwart-wit-mozaïek Een deel van de stamcellen is dus gemanipuleerd, maar niet allemaal. Om ze verderop in het wordingsproces van de muis te kunnen lokaliseren, nemen de onderzoekers de stamcellen die ze manipuleren van witte muizen en injecteren ze de gemuteerde cellen in een vroeg embryo van een zwarte muis. Van de jongen die daaruit worden geboren, hebben
springt hij op vier poten tegelijk omhoog. De muis
de meeste een zwarte vacht, maar er zijn er ook die
in de kooi ernaast ligt te slapen en lijkt plots vreemd
voor een deel uit zwarte en voor een deel uit witte
te rillen. En even later weer. Het zijn ongecontro-
cellen bestaan: zij worden een mozaïekmuis. “Van
leerde bewegingen. De muizen hebben op epilepsie
deze muis zullen sommige van de ei- en zaadcellen
lijkende aanvallen. “Wat we zien aan ‘gedrag’ is
ook de mutatie hebben en sommige niet”, legt
dus dat springen en trillen. Maar het is lastig om
Toonen uit. “Als je deze muis gaat kruisen en uit een
met zekerheid te zeggen dat dat epilepsie is. Want
van de zaadcellen met de mutatie wordt een jong
epilepsie wordt eigenlijk gedefinieerd met EEG’s,
geboren, dan is dat volledig wit. Dat krijgt de witte
hersenfilmpjes, bij mensen.” Een gespecialiseerd
vacht mee van zijn vader. Dat jong heeft de mutatie
laboratorium in Duitsland gaat binnenkort EEG’s
in alle cellen op één chromosoom, afkomstig van de
maken bij de muizen. Dan wordt zichtbaar of ze
vader. Het van de moeder afkomstige chromosoom
“echte” epileptische aanvallen hebben.
is normaal. De vachtkleur moet van de embryonale stamcel met de mutatie komen en die gebruik je
Medicijn
dan als verklikker.” Dit is het muismodel voor
De volgende stap in het onderzoek is de zoektocht
Ohtahara-syndroom.
naar stoffen die de verstoorde signaaloverdracht kunnen herstellen. Een molecuul dat de mutatie in
Vertaalslag
MUNC18 compenseert, is in potentie een medicijn.
De muizen leven in kooien met bovenop een camera
Andere onderzoeksgroepen binnen NeuroBasic en
waarmee de onderzoekers het gedrag van de muis
de farmaceutische industrie ontwerpen dit soort
kunnen analyseren. Ze kunnen op afstand de onder-
stoffen. Toonen: “Dat begint met een bibliotheek
zoekssetting veranderen en de muizen taakjes laten
van wel honderdduizend moleculen. Die verzame-
uitvoeren zonder ze te storen. “We hebben een test-
ling wordt teruggebracht tot zo’n vijftig kandidaten
batterij waarin we heel veel muizen tegelijkertijd
die we dan op zenuwcellen in een schaaltje testen
kunnen observeren. We proberen zo de vertaalslag
om te zien hoe goed ze de neurale signaaloverdracht
te maken van de mutaties in het genoom naar het
beïnvloeden. Als daar uitkomt dat ze die verbeteren,
gedrag”, legt Toonen uit en hij laat een filmpje zien
dan zou je de vijf meest veelbelovende kunnen tes-
van muizen met een mutatie in MUNC18, het proef-
ten in zo’n muismodel. Maar, dat doe je pas op het
diermodel voor het Ohtahara-syndroom. Links in
allerlaatst. Dat is eigenlijk net voordat ze op mensen
beeld loopt een muis rustig in zijn kooi en ineens
worden getest.”
15
NEUROBASIC
Beeldreportage tekst: Rineke Voogt beeld: Noldus
Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker Het onderzoek van het NeuroBasic consortium heeft meerdere spin-offs opgeleverd. Verschillende bedrijven specialiseren zich in het ontwikkelen van hardware en software om beter hersenonderzoek uit te kunnen voeren – bij proefdieren, en zelfs ook bij mensen.
37 sporten Een looptestje om breinfuncties te testen: dat is het idee van de Erasmusladder. De muizencatwalk is ontwikkeld door Neurasmus, het neurowetenschappelijk bedrijf van de Erasmus Universiteit. Omdat de genen van muizen aangepast kunnen worden om hersenziektes na te bootsen, zijn tests nodig die de effecten van die aandoeningen en van medicijnen te kunnen meten. Dat kan met dit apparaat: een horizontale ladder met 37 sporten aan elke kant, tussen twee kooitjes. Elke trede kan op commando veranderen van hoogte. Muizen worden getraind om met constante snelheid van de ene kooi naar de andere te lopen, en het apparaat meet met druksensoren de snelheid, misstappen en sprongetjes. “Op die manier kun je niet alleen goed het loopgedrag van een muis bestuderen, maar ook hoe een muis een nieuw looppatroon aanleert”, zegt Chris de Zeeuw, hoogleraar Neurowetenschappen aan het Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam. Verandert de positie van de traptreden waardoor er een obstakel verschijnt, dan moet de muis zijn pootjes anders plaatsen om dat obstakel te omzeilen. 16
NEUROBASIC
17
NEUROBASIC beeld: Sylics
350 keer proberen Deze muis kan kiezen uit drie poortjes om doorheen te klimmen. Kiest hij de goede, bij de groene pijl, dan krijgt hij een snoepje. Kiest hij de verkeerde, dan gebeurt er niets. Simpel genoeg, zo lijkt het. Maar hij krijgt het lekkere hapje pas na elke vijfde keer door het juiste poortje kruipen. Het duurt bij een gewone muis een uur of twee voor hij leert welk gat hij moet kiezen. En dat maakt dit een geschikte taak om bijvoorbeeld Alzheimer mee te bestuderen, vertelt Maarten Loos van bioinformaticabedrijf Sylics, dat deze CognitionWall ontwikkelde. “Muizen die net als Alzheimerpatiënten breinschade ontwikkelen, functioneren cognitief minder goed en doen significant langer over deze taak. Ze moeten tot wel 350 keer proberen voor ze het doorhebben. Geef je zo’n muis een stof die de ziekte van Alzheimer tegen moet gaan, dan kun je dus kijken of die effectief genoeg is om het leren en geheugen te bespoedigen.” Ook om schizofrenie te testen kan de test een handig hulpmiddel zijn: verander je na een poosje de juiste ingang, dan moet de muis cognitief flexibel genoeg zijn om dat in de gaten te hebben. Schizofrene dieren vinden dat erg moeilijk. Binnen NeuroNasic is deze techniek al voor verschillende stoffen gebruikt. Een voordeel van deze techniek is dat de muizen niet opgetild hoeven te worden, zoals bij veel andere testen. Loos: “Muizen houden daar niet van. Hierbij zitten ze lekker in hun eigen kooitje terwijl ze een taak uitvoeren.”
18
NEUROBASIC
Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker
19
NEUROBASIC beeld: Sylics
Zeeën van tijd Aan dit rijtje muizenkooien is niets bijzonders te zien. Toch zijn het ingenieuze apparaten: muis aan muis kan in de gaten worden gehouden, zonder dat daar een onderzoeker aan te pas hoeft te komen. In het deksel zit een camera, die minutieus iedere beweging van de dieren volgt en doorstuurt naar een computer. Die analyseert de videobeelden en dat levert de onderzoeker een overzicht op van de urenlange omzwervingen van zijn proefdieren. In verschillende kleuren kan hij zien waar de muis lang heeft stilgestaan, welke hoek van zijn kooi hij het fijnst vindt of welke route hij prefereert. Voor veel proefdieronderzoek is het handig om dat soort bewegingen te bestuderen, bijvoorbeeld als je de dieren een taak als de CognitionWall of angsttest laat doen. Je wilt immers weten hoe snel een muis iets leert. Maar het kost zeeën van tijd om dat met de hand te doen. Vandaar de door informatietechnologiebedrijf Noldus ontwikkelde PhenoTyper, een kooi met bijbehorende software. Tientallen muizen kunnen in hun eigen kooitje naast elkaar hun gang gaan, en worden allemaal door een automatisch oog gadegeslagen. “Dat de PhenoTyper volautomatisch werkt en voor allerlei testen is te configureren maakt hem zo gewild onder wetenschappers”, zegt algemeen directeur Lucas Noldus. “Het is ook een commercieel succes: er zijn al meer dan duizend geïnstrumenteerde kooien met video-trackingsoftware verkocht.” Schuilplaats
D
Voedingsplaats
Korte pauze Lange pauze 2.9588 cm Kleine beweging Grote beweging Drinkplaats
20
NEUROBASIC
Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker
21
NEUROBASIC
Discussie
‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’ Het principe achter NeuroBasic is om geneesmiddelen op een zinnige manier te testen op proefdieren, waarbij de ziekte die ze moeten genezen vooral tot uiting komt in hun gedrag. Een muis blijft echter een proefdier van dertig gram en lange snorharen. Is een muis wel zo geschikt om menselijke aandoeningen aan te meten? Aan het woord Chris de Zeeuw, programmadirecteur NeuroBasic en Steven Kushner, Transworkpackageleader Schizofrenie.
22
NEUROBASIC tekst: René Rector en Rineke Voogt beeld: René den Engelsman
Waarom is gekozen voor een muis als proefdier?
De Zeeuw: “Er is geen beter model. Welk dier je ook
De Zeeuw: “We hebben voor 97 procent dezelfde
kiest, de stap waarbij je van proefdier naar mens gaat
genen als een muis. Dat betekent dat heel veel gene-
blijft cruciaal. En juist omdat we wel veel lijken op
tische defecten, die ervoor zorgen dat een bepaald
andere zoogdieren, maar er wel degelijk verschillen
eiwit niet of verkeerd wordt aangemaakt, bij een
zijn, wordt iets wat veelbelovend leek toch geen
muis identieke problemen veroorzaakt. Bovendien
succes of slechts een gedeeltelijk succes.”
kan een muis gemakkelijk genetisch gemanipuleerd worden, is een muis eenvoudig te houden, plant hij zich snel en makkelijk voort en is goedkoop – wat het altijd al tot een geschikt proefdier maakte.”
Het argument dat proefdieren soms helemaal niet zo’n goed model blijken, wordt door lobbyisten ook aangevoerd om dan maar helemaal van proefdieren af te stappen. Wat vindt u?
Toch zijn er ook cases bekend van medicijnen die op de muis goed werkte, maar in de klinische trials teleurstelden.
De Zeeuw: “Ik heb wel sympathie voor de moraal die
De Zeeuw: “Dat komt voor. We hebben het binnen
een reële kans is op nieuwe kennis. Toen ik als jonge
NeuroBasic ook gezien. In de praktijk blijkt dan dat
onderzoeker mijn eerste rat moest doodmaken, heb
een proces genetisch dezelfde oorsprong heeft bij
ik overwogen een carrièreswitch te maken. Maar
muis en mens, maar dat de mate waarin de genen
de realiteit is nu eenmaal dat we geen alternatief
tot expressie komen bij een mens toch anders is.
hebben. Er zijn geen proefdieren in het rijkdom
Daarom is het ook zo belangrijk dat je goed blijft
der zoogdieren die geschikter zijn voor genetische
opletten zodra je de vertaalslag naar de mens gaat
manipulatie dan een muis, en helemaal zonder
maken: het is geen automatisme dat het daar net
proefdieren kan je eigenlijk alleen in sommige
zo werkt. Soms word je gedeeltelijk teleurgesteld.
gevallen, door op gekweekt weefsel te testen, en
Het blijft echter ook interessant om te kijken wat
dan nog moet dat weefsel ergens vandaan komen.
er nu juist wel en wat juist niet vergelijkbaar is.”
Waar dat kan, gebeurt dat ook. Maar je kunt aan
Kushner: “Een proefdier is geen persoon: de muis
weefsel niet zien of het depressief is, of epileptisch.
is expliciet een model, niet de daadwerkelijke
Je kunt dat alleen maar aan het gedrag van een
patiënt. Dat maakt het moeilijk. We moeten
levend organisme zien.”
goed uitzoeken welke delen van de fysiologie
Kushner: “Het komt er uiteindelijk op neer dat geen
vergelijkbaar of juist compleet anders zijn.”
enkele patiënt medicijnen zou willen testen die hem
voorschrijft dat elk proefdier er één te veel is. Ik vind dat je proefdieren alleen maar mag opofferen als er
kunnen schaden. Als je proefdieren volledig buiten
Je zou ook kunnen kiezen voor een ander proefdier.
beschouwing laat, neem je dus een enorm risico.
Kushner: “Het kan soms voordelig zijn om te kiezen
Niet alles kun je testen op computermodellen of
voor bijvoorbeeld de zebravis of een fruitvlieg. Maar
gekweekte cellen. Maar het is echt niet zo dat
voor ons type hersenonderzoek blijft het essentieel
wetenschappers dolgraag met proefdieren werken.
dat het modelbrein lijkt op dat van een mens. Het
Hopelijk hebben we ze op een dag niet meer nodig.
brein moet zo ontwikkeld mogelijk zijn, maar het
Als er een net zo goed alternatief was, al kwam het
dier moet zo min mogelijk lijden. Een potentieel
zelfs maar in de buurt van net zo goed: ik zou het
diermodel als een primaat komt dan te dichtbij:
morgen overnemen, en velen met mij.”
hun emoties lijken te veel op die van ons.”
23
PharmaPhenomics NeuroBasic PharmaPhenomics is een Nederlands publiek-privaat consortium dat werkt aan de volgende generatie geneesmiddelen voor hersenaandoeningen. Centraal in de benadering staat het op grote schaal en met hoge snelheid kunnen ontwerpen en testen van mogelijk werkzame stoffen die als basis kunnen dienen voor een geneesmiddel tegen hersenaandoeningen. Meer begrip van complexe signaaltransductieroutes heeft geleid tot de identificatie van een groot aantal kandidaat-genen voor grote hersenaandoeningen en het ontwikkelen van specifieke muismodellen. Deze nieuwe modellen maken efficiënter preklinisch onderzoek naar neurologische en psychiatrische ziekten mogelijk, en uiteindelijk ook nieuwe behandelingen voor menselijke patiënten.
Partners
Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdam www.erasmusmc.nl
Nederlands Herseninstituut www.herseninstituut.knaw.nl
Noldus Information Technology bv www.noldus.com
Vrije Universiteit Amsterdam www.vu.nl
Delta Phenomics bv
PsyNova Ltd. www.psynova.com
Universitair Medisch Centrum Utrecht www.umcutrecht.nl
Griffin Discoveries bv www.griffindiscoveries.com
Synaptologics bv www.sylics.com
Wageningen Universiteit www.wageningenur.nl
Neurasmus bv www.neurasmus.com
Contact: Arjen Brussaard,
[email protected], 020-5987003
24
Colofon Redactie
Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt Hoofd/eindredactie
Sciencestories.nl, René Rector Vormgeving
Parkers, Rick Verhoog en Sara Kolster Infographics
Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster Projectleiding
Giovanni Stijnen, Science Center NEMO Coördinatie
Giovanni Stijnen en Sanne Deurloo, Kennislink Deze uitgave kwam tot stand dankzij het LSH-FES subsidieprogramma en in samenwerking met Science Center NEMO (uitgever van Kennislink.nl) en Annemieke Steenbergen (NeuroBasic PharmaPhomics).
25
