De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten by iljavandam

De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten NEUROBASIC PHARMAPHENOMICS

Amsterdam 2016

NEUROBASIC

Inhoud Voorwoord

Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten NeuroBasic in vogelvlucht

Schizofrenie behandelen begint bij begrip Muizen met epilepsie

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker ‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’ NeuroBasic partners Colofon

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!

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 harten 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

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.

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.

NEUROBASIC

Infographic tekst: RenĂŠ 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.

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.

â&#x201A;Ź 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 verďŹ jnd, 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: â&#x20AC;&#x153;de ziekte is lastig te begrijpen en de stap van proefdieren naar de mens is groot.â&#x20AC;? 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.”

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

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.”

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

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

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.”

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

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.”

NEUROBASIC

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

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

Voedingsplaats

Korte pauze Lange pauze 2.9588 cm Kleine beweging Grote beweging Drinkplaats

NEUROBASIC

Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker

NEUROBASIC

Discussie

â&#x20AC;&#x2DC;Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteldâ&#x20AC;&#x2122; 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.

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.”

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, arjen.brussaard@vu.nl, 020-5987003

Colofon Redactie

Joost van der Gevel, Elles Lalieu, Rineke Voogt Hoofd/eindredactie

Sciencestories.nl, RenĂŠ Rector Vormgeving

Parkers, Rick Verhoog en Sara Kolster Infographics

Parkers, Marjolein Fennis en Sara Kolster Projectleiding

Giovanni Stijnen, Science Center NEMO CoĂśrdinatie

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).