de volgende generatie medicijnen voor hersenziekten
DESCRIPTION
ersenziekten scoren in de overlijdensstatistieken ver onder kanker en hart- en vaatziekten. Daardoor wordt de impact van aandoeningen aan de hersenen nogal eens onderschat. Terwijl vrijwel iedereen in zijn leven ooit – zelf of in zijn omgeving – te maken krijgt met een hersenaandoening, volgens de Hersenstichting. De invloed op kwaliteit van leven, de behandelkosten en het ziekteverzuim als gevolg van ziektes als depressie, epilepsie, autisme en schizofrenie is immens. Bovendien blijkt het enorm moeilijk om goed werkende medicijnen tegen hersenziekten te ontwikkelen.Binnen het onderzoeksconsortium NeuroBasic Pharmaphenomics is een methode ontwikkeld om adequaat en gericht een stof te ontwikkelen die epileptische aanvallen onderdrukt of schizofrenie bestrijdt. In de uitgave ‘De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten’ lees je alles over de zoektocht naar nieuwe medicijnen voor ingewikkelde hersenziekten.TRANSCRIPT
NEUROBASIC PHARMAPHENOMICS
De volgende generatie medicijnen voor hersenziekten
Amsterdam 2016
De volgende generatie medicijnen voor hersenziektenNEUROBASIC PHARMAPHENOMICS
NEUROBASIC
InhoudVoorwoord 3
Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten 4
NeuroBasic in vogelvlucht 6
Schizofrenie behandelen begint bij begrip 8
Muizen met epilepsie 13
Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker 16
‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’ 22
NeuroBasic partners 24
Colofon 25
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, raad-
pleeg de partnerpagina van NeuroBasic: http://www.kennislink.nl/partners/neurobasic-pharmaphenomics,
of het thema: www.kennislink.nl/thema/ziek-brein
Voor meerinformatie klik op de links en de ikonen
NEUROBASIC
Voorwoord
Voor U ligt een fraai boek over de baanbrekende
resultaten die zijn geboekt binnen het LSH-FES-
project NeuroBasic. LSH staat voor ‘Life Sciences
& Health’, oftewel de toepassing van de levens-
wetenschappen voor onze gezondheid, en FES
voor ‘Fonds Economische Structuurversterking’,
de zogenoemde aardgasbaten.
NeuroBasic begon zijn activiteiten in 2010, na goed-
keuring door de Nederlandse overheid van een over-
koepelend voorstel. Dit voorstel werd ingediend door
een combinatie van vele partners – waaronder kleine
en middelgrote bedrijven, multinationals, universi-
taire en medische onderzoeksgroepen, patiëntenor-
ganisaties, en de ministeries van VWS, OCW en EZ.
De FES-subsidie werd ingezet om tot een publiek-
private samenwerkingsverband te komen: tegen
elke euro subsidie van de overheid werd ook een
euro door de partners geïnvesteerd. Na zes jaar hard
werken zijn de resultaten direct inzetbaar voor
patiënten, danwel kunnen ze worden gebruikt voor
onderzoek dat heel dicht bij patiënten staat. Hiermee
heeft het consortium aangetoond dat het de onder-
zoeksgelden optimaal heeft ingezet om bij te dragen
aan het verbeteren van de nationale gezondheid, en
voor het aanjagen van de economische bedrijvigheid
in Nederland.
Veel van deze resultaten vindt u terug in dit boek,
waarbij u zich keer op keer zult kunnen verwonderen
over de laatste ontwikkelingen in dit boeiende vak-
gebied. Ik wens u dan ook veel leesplezier!
Herman Verheij
L S H - F E S S E C T O R C O Ö R D I N A T O R
NeuroBasic PharmaPhenomics heeft doorgepakt
waar NeuroBSIK MousePhenomics, eveneens gefi-
nancierd uit FES-geld, is gestopt. MousePhenomics
leverde gestandaardiseerde methoden om hersen-
ziekten te kunnen meten aan een muismodel. Voor
ons lag de uitdaging om met dat enorm krachtige
onderzoeksgereedschap medicijnen te ontwikkelen
die daadwerkelijk ingrijpen op de genetische oorzaak
van hersenziekten zoals schizofrenie, epilepsie en
depressie.
MousePhenomics was voor ons bovendien het
bewijs dat de kruisbestuiving tussen wetenschap en
bedrijfsleven die FES beoogde, goed werkte en zowel
in termen van wetenschappelijke progressie als
valorisatie en economische spin-off goede resultaten
behaalde. Zowel patiënt als economie zijn winnaar.
De patiënt omdat we nu zicht hebben op medicijnen
tegen zeker vijf hersenziekten. De economie omdat
we de standaard hebben kunnen zetten in muis-
modellen voor hersenonderzoek, met een florerende
commerciële spin-off.
Het is alleen jammer dat FES geen verstandig gevolg
heeft gekregen. Het is zeer de moeite waard, zowel
voor patiënten als voor onderzoekers, om ook het
effect op sociaal gedrag van ontworpen medicijnen
in een proefdiermodel te kunnen onderzoeken.
Daardoor zou je een nog betere simulatie van
hersenziekten in een model kunnen krijgen. Met
het stopzetten van de FES-regeling enerzijds, en
het telkens verscherpen van het toezicht op het
gebruik van proefdieren anderzijds, is de kans op
een NeuroBasic SocioPhenomics zeer klein.
Chris de Zeeuw
P R O G R A M M A D I R E C T E U R E N H O O G L E R A A R N E U R O W E T E N S C H A P P E N E R A S M U S U N I V E R S I T A I R M E D I S C H C E N T R U M R O T T E R D A M
3
NEUROBASIC
Behalve een onderschatte impact hebben die hersen-
ziektes nog iets gemeen: er bestaat geen medicijn
tegen. Maar dat gaat veranderen, als het aan het
NeuroBasic consortium ligt. Het consortium
ontwierp een methode waardoor je adequaat en
gericht een stof kunt ontwikkelen die epileptische
aanvallen onderdrukt of schizofrenie bestrijdt.
Het grote probleem bij hersenziektes is dat medi-
cijnen op geen enkele manier te testen waren. De
geschiedenis telt tal van ethisch onverantwoorde
experimenten waarin mensen als proefkonijn
werden gebruikt. In de farmacologie is het testen op
proefdieren de regel, maar omdat niemand kon ver-
tellen of een muis schizofreen is of niet, laat staan
schizofrenie bij muizen kon veroorzaken, was het
ontwikkelen van een medicijn voor een hersenziekte
een hachelijke onderneming.
“In een voorloper van NeuroBasic, hebben we een
methode ontwikkeld om muizen heel specifiek dát
genetische defect te bezorgen dat bij mensen tot een
hersenziekte leidt”, vertelt programmadirecteur en
hoogleraar Neurowetenschappen Chris de Zeeuw.
“Vervolgens hebben we heel nauwkeurig vastgelegd
hoe een muis zich afwijkend gedraagt bij de ver-
schillende hersenziekten. Dat is nodig. Bij ziekten
als kanker of hart- en vaatziekten kun je vaak op
cellulair niveau zien wat er mis is en of je genees-
middel iets heeft gedaan. Bij hersenziekten moet
je dat afleiden uit het gedrag van een proefdier.”
Om het muisgedrag te kunnen vastleggen was veel
innovatie nodig: een methode om naar behoefte
genen aan of uit te kunnen zetten, testjes die zorg-
vuldig meten in hoeverre een proefdier lijdt aan de
aandoening die door de genetische mutatie zou
moeten zijn veroorzaakt, en een registratiesysteem
dat van honderden muizen tegelijk het gedrag kan
vastleggen en analyseren.
Medicijnen ontwikkelen voor hersenziekten
Hersenziekten scoren in de overlijdensstatistieken ver onder kanker en hart-
en 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.
Introductie
tekst: René Rector beeld: Parkers
4
NEUROBASIC
€
NeuroBasic startte met iets wat nog geen weten-
schappelijk onderzoeker eerder had gehad: een
proefdiermodel waarop je kan testen. De Zeeuw:
“Nederland was de enige locatie waar je zoveel
wetenschappers van zoveel verschillende disciplines
dicht bij elkaar hebt. Er zitten mensen tussen met
veel verstand van gedrag, van hersenen, zenuwen,
het limbische systeem, van software, van techniek
om in hoog tempo muizen te screenen zonder stress
te veroorzaken. Elders in de wereld krijg je de exper-
tise niet voldoende bij elkaar, niet in de academische
wereld en niet bij de farmaceutische industrie.”
Het was een begin. Met een zieke muis in de hand
was de grote uitdaging binnen NeuroBasic om werk-
zame stoffen te ontwerpen voor medicijnen. Daarna
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.
De laatste stap voor de klinische tests begonnen,
was misschien wel de spannendste. Want een epi-
leptische muis kunnen behandelen is één ding. Of
het middel ook bij mensen werkt, is altijd nog maar
de vraag. “We lijken op muizen. Maar we hadden al
eerder gezien dat ook al grijpt een middel in op de
synthese van één bepaald eiwit en is die synthese bij
de muis gelijk aan die bij de mens, er toch verschil-
len zijn in wat het lichaam doet met een medicijn,
of met het eiwit”, stelt De Zeeuw. Daarom blijft het
spannend tot de laatste klinische trials zijn afgerond.
Maar hij acht de kans groot dat NeuroBasic niet
alleen het proefdieronderzoek naar een nieuw
niveau heeft getild, maar dat het ook medicijnen
gaat opleveren tegen autisme, neurofibromatose1,
tubereuse sclerose2, epilepsie en schizofrenie.
1 Neurofibromatose is het erfelijk onvermogen neurofibromine aan te maken, met zeer uiteenlopende kenmerken, variërend van café-au-lait-vlekken tot leerproblemen.
2 Tubereuse sclerose is meestal een mutatie, met uiteenlopende gevol-gen zoals epilepsie, autisme, een verstandelijke handicap, huidaandoe-ningen en nieraandoeningen.
Medicijn********
5
NEUROBASIC
NeuroBasic in vogelvluchtHet 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.
2 De muizen worden gescreend of ze het juiste defect hebben.
4 Op basis van het genetische defect wordt een medicijn ontworpen.
3 Met behulp van gestandaardiseerde test-jes wordt gemeten welke hersenaandoening de testmuis heeft, zoals epilepsie, schizofrenie of Parkinson.
5 Het medicijn wordt toege-diend aan de muis. Daarna wordt het effect van het medicijn geanalyseerd.
Infographic
tekst: René Rector beeld: Parkers
mutaties worden aangebracht. Dit veroorzaakt genetische defecten.
2 De muizen worden gescreend of ze het juiste
4 Op basis van het genetische
Met behulp van gestandaardiseerde test-jes wordt gemeten welke hersenaandoening de testmuis heeft, zoals epilepsie,
5 Het medicijn wordt toege-
AGGTCC
OK?JA
NEE
?Epilepsie?
€Medicijn
********
6
NEUROBASIC
6 Als het medicijn niet het gewenste effect heeft, wordt het verfi jnd, of gaat de onderzoeker terug naar de tekentafel.
8 Een werkzaam medicijn voor een muis is niet automatisch hetzelfde als voor een mens. Nu zoekt de onder-zoeker uit of het medicijn in mensen hetzelfde zou doen.
7 Nu moet bepaald waarom het medicijn goed werkt.
9 Pas dan is het tijd voor een klinische test.
10 Het medicijn is klaar.
6 Als het medicijn niet het gewenste effect heeft, wordt
Een werkzaam medicijn voor een muis is niet automatisch hetzelfde als voor een mens. Nu zoekt de onder-zoeker uit of het medicijn in mensen
7 Nu moet bepaald waarom het medicijn goed werkt.
AGGTCC
OK?JA
NEE
?Epilepsie?
€Medicijn
********
7
NEUROBASIC Interview
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 behandelin-
gen, 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
als een “gespleten persoonlijkheid”, met talloze
alter ego’s. In werkelijkheid heeft de ziekte niets
te maken met meervoudige persoonlijkheid, maar
met een gebroken denkproces. Schizofrenie tast
de manier van denken aan. Het lopen, praten, eten
of slapen is niet anders, maar de patiënt heeft het
fundamenteel lastiger om de wereld om zich heen te
begrijpen. Kushner: “Wij zien dingen om ons heen
en we snappen meteen wat belangrijk is, en wat we
kunnen negeren; wat echt is en wat niet. Iemand
met schizofrenie kan dat niet goed. Als ik als gezond
persoon bijvoorbeeld in mijn eentje ben en zit te
dagdromen over een gesprek, dan weet ik: dat is niet
echt, het is een dagdroom. Een schizofreniepatiënt
kan zo’n dagdroomgesprek juist als de realiteit erva-
ren. Dat maakt het leven erg ingewikkeld.”
Opgeteld bij de vervelende symptomen komt
ook nog een vervelend stigma van de ziekte, zegt
Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’,
rinkelt er bij de omgeving al snel een alarmbel: hier
klopt iets niet. We vinden het eng. Terwijl als iemand
zichzelf met insuline injecteert, we meteen weten
waar het om gaat en vinden we dat misschien
oncomfortabel, maar normaal.”
9
NEUROBASIC
Zo’n half tot één procent van alle volwassenen
heeft schizofrenie. Dat percentage is in elke bevol-
kingsgroep gelijk. De ziekte openbaart zich vanaf
het twintigste levensjaar en is chronisch: schizo-
frenie is ongeneeslijk. Er zijn medicijnen, en vol-
gens Kushner maken die het verschil tussen dag
en nacht. “Voordat er medicatie was, moest een
patiënt eigenlijk continu in een psychiatrisch
ziekenhuis verblijven, maar dat is gelukkig niet
meer nodig. Toch is het voor patiënten lastig om
al hun mogelijkheden te benutten en een gelukkig,
productief leven te leiden. Medicatie is niet niks.”
Antipsychotica – de medicijnentypen die de
meeste patiënten slikken – resulteren in een ver-
moeidheid die nooit verdwijnt en in afgestompte
emoties. Patiënten worden niet meer heel verdrie-
tig, maar ook niet uitzinnig blij. Sommige mensen
kunnen beter met die bijwerkingen omgaan dan
anderen, maar vergelijkbaar met een leven zonder
schizofrenie is het nooit. Op de lange termijn lei-
den de medicijnen ook tot abnormale bewegingen,
vergelijkbaar met der ziekte van Parkinson. Dat
komt doordat de receptoren waar de medicijnen op
aangrijpen ook belangrijk zijn voor beweging.
De ruimte voor verbetering zit dus vooral in het
verminderen van de bijwerkingen. “Je zal zelden
een patiënt horen klagen: ik wou dat mijn medi-
cijn beter werkte. Het zijn altijd de bijwerkingen,
die soms zo naar zijn dat iemand liever helemaal
geen medicijnen neemt”, zegt Kushner.
Binnen NeuroBasic zijn de onderzoekers op zoek
gegaan naar manieren om medicijnen te verbete-
ren. Dat deden ze in verschillende stappen.
Allereerst moet je een ziekte beter begrijpen.
Schizofrenie wordt, net als de overgrote meerder-
heid van ziektes, veroorzaakt door een combinatie
van genen en wat onderzoekers “levenservaring”
noemen: voeding, leefstijl, ongelukken, omge-
ving, et cetera. Maar in welke verhouding genen
en levenservaring bepalend zijn, is nog niet
bekend. “Daarom zijn we gestart met de
Gezin-studie (Gezin komt van GEnetische Zoek-
tocht In Neuropsychiatrische Stoornissen), een
onderzoek bij families bij wie schizofrenie voor-
komt”, zegt Kushner. “Bij hen is de genetische
component sterk aanwezig, en zo konden we de
genen identificeren die bij schizofrenie horen.”
Zodra die genen bekend waren, maakte dat het
makkelijker om een ziekte te bestuderen bij proef-
dieren. 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 hersencel-
len gedragen zich op dezelfde manier als hersen-
cellen 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
“ Het zijn altijd de bijwerkingen waar patiënten over klagen.”
10
NEUROBASIC
om te zien hoe de werking van hun hersencellen
verschillen, en in de tweede plaats om de effecten
van een stof te testen. De onderzoekers bestudeer-
den de morfologie, genexpressie en elektrofysiolo-
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
(de cellen die verantwoordelijk zijn voor de isolatie
van neuronen, om ze efficiënter elektrische impul-
sen te laten geleiden, red.). Het probleem kan ook
op een andere plek ontstaan.” Tot nu toe lijken de
tests er inderdaad op te wijzen dat vooral oligoden-
trocyten (uit IPSCs) anders zijn bij schizofreniepa-
tiënten, vergeleken met hun gezonde familieleden.
De onderzoekers wisten met IPSCs een aantal moge-
lijke werkzame stoffen te identificeren. Maar als je
weet dat een stof het gewenste effect heeft op een
neuron, ben je er nog niet. Het volgende stadium
is bestuderen of het middel de goede invloed heeft
op het gedrag en het functioneren van het
héle individu. En daar komt de werkwijze van
NeuroBasic weer om de hoek kijken. Voor het
behandelen van hersenziektes is het niet mogelijk
om alleen op celniveau te kijken, maar is juist het
gedrag bepalend: daaraan kun je zien of de stof
de gewenste uitwerking heeft. Kushner: “Voor
dit soort studies ontkom je er niet aan om met
proefdieren te werken.”
“ Voor dit soort studies ontkom je er niet aan om met proefdieren te werken.”
Schizofrenie behandelen begint bij begrip
Steven Kushner: “Als een persoon ‘tegen zichzelf praat’, vinden we het eng.”
11
NEUROBASIC Schizofrenie behandelen begint bij begrip
In een voorloperproject van NeuroBasic slaagden
onderzoekers erin om muizen genetisch zó aan te
passen dat ze menselijke ziekten hebben. De eerste
stap is dan: controleer of de muizen ook daadwer-
kelijk de bijbehorende symptomen vertonen.
Voor schizofrenie is dat lastig. Kushner: “Het is
nog onbekend of muizen écht schizofreen kunnen
worden. Bij mensen wordt de diagnose aan de
hand van een gesprek gesteld, gebaseerd op
iemands gedachten en ervaringen – wat bij een
muis natuurlijk niet mogelijk is.” Toch lukt het
onderzoekers om met behulp van genetische
en farmacologische manipulaties het risico voor
schizofrenie te verhogen en de symptomen ervan
te veroorzaken bij de muizen. Zo kunnen ze de
neurobiologische mechanismen die bij schizo-
frenie veranderingen in het brein teweegbrengen
onderzoeken. “Het lukt goed om de neurofysiolo-
gische veranderingen in het brein en de cognitieve
en sociale stoornissen van mensen met schizo-
frenie 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
gedrag, motoriek en cognitieve functies. Om het
effect van een stof op de hersenfuncties van een
schizofrene muis te beoordelen, kun je de muis
bijvoorbeeld een taak laten doen waarbij geheugen
en cognitieve flexibiliteit nodig zijn (zie ook: Inge-
nieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelij-
ker). 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 functione-
rende 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
het eind van het traject kan pas echt uitsluitsel
geven.
Voor schizofrenie lopen op dit moment meerdere
klinische studies, die zich allemaal richten op het
verbeteren en aanvullen van antipsychotica. Over
de resultaten is nog niets bekend, maar Kushner
heeft positieve verwachtingen: “We hebben met
NeuroBasic al zoveel vooruitgang geboekt voor de
behandeling van erfelijke neurologische aandoe-
ningen – vooral voor ziektes waarvan we vanaf
het begin al meer wisten. Nu hebben we ook voor
schizofrenie veel meer kennis opgebouwd, die op
termijn veel betere medicijnen kan opleveren.”
“ Een proefdier is geen persoon, het is de next best option.”
12
NEUROBASIC Schizofrenie behandelen begint bij begrip
In een voorloperproject van NeuroBasic slaagden
onderzoekers erin om muizen genetisch zó aan te
passen dat ze menselijke ziekten hebben. De eerste
stap is dan: controleer of de muizen ook daadwer-
kelijk de bijbehorende symptomen vertonen.
Voor schizofrenie is dat lastig. Kushner: “Het is
nog onbekend of muizen écht schizofreen kunnen
worden. Bij mensen wordt de diagnose aan de
hand van een gesprek gesteld, gebaseerd op
iemands gedachten en ervaringen – wat bij een
muis natuurlijk niet mogelijk is.” Toch lukt het
onderzoekers om met behulp van genetische
en farmacologische manipulaties het risico voor
schizofrenie te verhogen en de symptomen ervan
te veroorzaken bij de muizen. Zo kunnen ze de
neurobiologische mechanismen die bij schizo-
frenie veranderingen in het brein teweegbrengen
onderzoeken. “Het lukt goed om de neurofysiolo-
gische veranderingen in het brein en de cognitieve
en sociale stoornissen van mensen met schizo-
frenie 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
gedrag, motoriek en cognitieve functies. Om het
effect van een stof op de hersenfuncties van een
schizofrene muis te beoordelen, kun je de muis
bijvoorbeeld een taak laten doen waarbij geheugen
en cognitieve flexibiliteit nodig zijn (zie ook: Inge-
nieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelij-
ker). 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 functione-
rende 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
het eind van het traject kan pas echt uitsluitsel
geven.
Voor schizofrenie lopen op dit moment meerdere
klinische studies, die zich allemaal richten op het
verbeteren en aanvullen van antipsychotica. Over
de resultaten is nog niets bekend, maar Kushner
heeft positieve verwachtingen: “We hebben met
NeuroBasic al zoveel vooruitgang geboekt voor de
behandeling van erfelijke neurologische aandoe-
ningen – vooral voor ziektes waarvan we vanaf
het begin al meer wisten. Nu hebben we ook voor
schizofrenie veel meer kennis opgebouwd, die op
termijn veel betere medicijnen kan opleveren.”
“ Een proefdier is geen persoon, het is de next best option.”
NEUROBASIC Case study
tekst: Joost van der Gevel beeld: Ruud Toonen
De baby op het filmpje ligt op zijn rug en maakt plots
samentrekkende, spastische bewegingen. Dan ligt
hij weer even stil en schokt opnieuw. Op een EEG
(hersenfilmpje) zie je dit terug. Het is even rustig,
en ineens piekt er activiteit. Het zijn epileptische
aanvallen. Het kind heeft Ohtahara-syndroom,
een vorm van epilepsie die gepaard gaat met zware
mentale retardatie. Kinderen met dit syndroom
komen hiervoor vaak al tijdens hun eerste levens-
maanden naar het ziekenhuis. De Japanner Ohtahara
vond in 2008 de oorzaak: spontane mutaties in het
eiwit MUNC18.
SignaaloverdrachtDoor die mutaties gaat er in de hersenen van deze
kinderen iets mis in de signaaloverdracht tussen
de zenuwcellen. Het MUNC18-eiwit heeft daarin een
cruciale functie. Het zorgt ervoor dat blaasjes gevuld
met signaalstoffen, die stoffen in de uiteinden van
de zenuwcellen op het juiste moment en in de juiste
hoeveelheid afgeven. Waarna de volgende zenuwcel
ze opneemt. Zo “praten” de zenuwcellen met elkaar.
Door foutjes in het eiwit raakt dit proces ontregeld.
Dat wordt zichtbaar als epileptische aanvallen en
leidt tot mentale retardatie.
MUNC18 is niet het enige eiwit dat betrokken is bij
de signaaloverdracht in de hersenen. Van een aantal
eiwitten was al bekend dat mankementen leiden tot
hersenziekten zoals schizofrenie, Alzheimer, ADHD
en epilepsie. Neurobioloog Ruud Toonen uit de groep
van Matthijs Verhage richt zijn speurtocht specifiek
op MUNC18. Hij onderzoekt hoe fouten in dat eiwit de
signaaloverdracht verstoren, en hoe dat samenhangt
met Ohtahara-syndroom. “Dit eiwit is onmisbaar
voor de signaaloverdracht in het brein”, benadrukt
hij, “er is geen menselijk of dierlijk leven mogelijk
als dit in het genoom ontbreekt.” Zonder MUNC18
Stills uit een filmpje van een 'springende' muis met epilepsie.
Muizen met epilepsieBinnen 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.
13
NEUROBASIC
–/–
–/–
+/+
+/++/–
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.
kunnen de zenuwcellen niet met elkaar communi-
ceren. En zit er een weeffout in, dan raakt de balans
in de signaaloverdracht verstoord.
Slimme medicatieJe zou dus een medicijn willen ontwikkelen dat heel
precies aangrijpt op die verstoring van de commu-
nicatie tussen de zenuwcellen, en de “verbinding”
weer herstelt. Een middel dat de fout in het eiwit
kan repareren of compenseren. Toonen: “Maar daar-
voor moeten wij eerst begrijpen hoe de mutatie de
hersencommunicatie precies verstoort. Waarom
de patiënt ziek wordt. Zodra we dat weten, kunnen
we heel gericht medicijnen ontwikkelen die de
functie van dat eiwit veranderen of verbeteren.
Medicatie die ‘slimmer’ is dan de bestaande medi-
catie, of beter werkt.”
Voor de ontwikkeling van zo’n geneesmiddel is een
model nodig waarin je het defect kan bestuderen,
en om in een latere fase zo’n medicijn op te testen.
Voor die speurtocht naar adequate medicijnen ont-
wikkelde NeuroBasic een methode om proefdieren
exact dezelfde genetische defecten te geven als de
defecten die aan de ziekte van Alzheimer, schizo-
frenie en andere hersenziektes ten grondslag liggen.
In de VS bij Thomas Südhof – die in 2013 de Nobel-
prijs kreeg voor zijn onderzoek naar de signaalover-
dracht in hersenen – maakte Matthijs Verhage zo’n
model voor het Ohtahara-syndroom. Een muis-
model met een mutatie in het eiwit MUNC18: een
muis met epilepsie.
Nonsens-genZo’n muismodel maak je met stamcellen die je uit
een heel vroeg embryo haalt. Die stamcellen heb-
ben zich dan nog niet vaak gedeeld en kunnen nog
uitgroeien tot het hele dier. “Met DNA-technologie
wordt het MUNC18-gen kapotgemaakt of vervan-
gen door een nonsens-gen”, vertelt Toonen. Met
die techniek maak je een klein stukje van een gen
na en je plakt er een ander stukje tussen dat de
plaats inneemt van het oorspronkelijk stukje DNA.
Als de cellen delen wordt dat nonsensgedeelte
mee gekopieerd. “Dat doen we op één chromo-
soom, één van de twee delen van het gen – je
hebt er van allebei je ouders een. Je krijgt dan
embryonale stamcellen met één functioneel en
14
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-mozaïekEen deel van de stamcellen is dus gemanipuleerd,
maar niet allemaal. Om ze verderop in het wordings-
proces 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
de meeste een zwarte vacht, maar er zijn er ook die
voor een deel uit zwarte en voor een deel uit witte
cellen bestaan: zij worden een mozaïekmuis. “Van
deze muis zullen sommige van de ei- en zaadcellen
ook de mutatie hebben en sommige niet”, legt
Toonen uit. “Als je deze muis gaat kruisen en uit een
van de zaadcellen met de mutatie wordt een jong
geboren, dan is dat volledig wit. Dat krijgt de witte
vacht mee van zijn vader. Dat jong heeft de mutatie
in alle cellen op één chromosoom, afkomstig van de
vader. Het van de moeder afkomstige chromosoom
is normaal. De vachtkleur moet van de embryonale
stamcel met de mutatie komen en die gebruik je
dan als verklikker.” Dit is het muismodel voor
Ohtahara-syndroom.
VertaalslagDe muizen leven in kooien met bovenop een camera
waarmee de onderzoekers het gedrag van de muis
kunnen analyseren. Ze kunnen op afstand de onder-
zoekssetting veranderen en de muizen taakjes laten
uitvoeren zonder ze te storen. “We hebben een test-
batterij waarin we heel veel muizen tegelijkertijd
kunnen observeren. We proberen zo de vertaalslag
te maken van de mutaties in het genoom naar het
gedrag”, legt Toonen uit en hij laat een filmpje zien
van muizen met een mutatie in MUNC18, het proef-
diermodel voor het Ohtahara-syndroom. Links in
beeld loopt een muis rustig in zijn kooi en ineens
springt hij op vier poten tegelijk omhoog. De muis
in de kooi ernaast ligt te slapen en lijkt plots vreemd
te rillen. En even later weer. Het zijn ongecontro-
leerde bewegingen. De muizen hebben op epilepsie
lijkende aanvallen. “Wat we zien aan ‘gedrag’ is
dus dat springen en trillen. Maar het is lastig om
met zekerheid te zeggen dat dat epilepsie is. Want
epilepsie wordt eigenlijk gedefinieerd met EEG’s,
hersenfilmpjes, bij mensen.” Een gespecialiseerd
laboratorium in Duitsland gaat binnenkort EEG’s
maken bij de muizen. Dan wordt zichtbaar of ze
“echte” epileptische aanvallen hebben.
MedicijnDe volgende stap in het onderzoek is de zoektocht
naar stoffen die de verstoorde signaaloverdracht
kunnen herstellen. Een molecuul dat de mutatie in
MUNC18 compenseert, is in potentie een medicijn.
Andere onderzoeksgroepen binnen NeuroBasic en
de farmaceutische industrie ontwerpen dit soort
stoffen. Toonen: “Dat begint met een bibliotheek
van wel honderdduizend moleculen. Die verzame-
ling wordt teruggebracht tot zo’n vijftig kandidaten
die we dan op zenuwcellen in een schaaltje testen
om te zien hoe goed ze de neurale signaaloverdracht
beïnvloeden. Als daar uitkomt dat ze die verbeteren,
dan zou je de vijf meest veelbelovende kunnen tes-
ten in zo’n muismodel. Maar, dat doe je pas op het
allerlaatst. Dat is eigenlijk net voordat ze op mensen
worden getest.”
15
NEUROBASIC Beeldreportage
Het onderzoek van het NeuroBasic consortium heeft meerdere spin-offs opgeleverd. Verschil-lende 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 sportenEen looptestje om breinfuncties te testen: dat is het idee van de Erasmusladder. De muizen-catwalk is ontwikkeld door Neurasmus, het neuro-wetenschappelijk bedrijf van de Erasmus Uni-versiteit. Omdat de genen van muizen aangepast kunnen worden om hersenziektes na te bootsen, zijn tests nodig die de effecten van die aandoenin-gen 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 snel-heid 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. Veran-dert de positie van de traptreden waardoor er een obstakel verschijnt, dan moet de muis zijn pootjes anders plaatsen om dat obstakel te omzeilen.
Ingenieuze apparatuur maakt hersen-onderzoek makkelijker
tekst: Rineke Voogt beeld: Noldus
16
NEUROBASIC
17
NEUROBASIC
beeld: Sylics
350 keer proberenDeze muis kan kiezen uit drie poortjes om door-heen te klimmen. Kiest hij de goede, bij de groene pijl, dan krijgt hij een snoepje. Kiest hij de verkeer-de, 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 bio-informaticabedrijf Sylics, dat deze CognitionWall ontwikkelde. “Muizen die net als Alzheimer-patiënten breinschade ontwikkelen, functioneren cognitief minder goed en doen signifi cant langer over deze taak. Ze moeten tot wel 350 keer probe-ren 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 hulp-middel zijn: verander je na een poosje de juiste ingang, dan moet de muis cognitief fl exibel 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
D
2.9588 cm
beeld: Sylics
Zeeën van tijdAan 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 fi jnst 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 informatietech-nologiebedrijf 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 volautoma-tisch werkt en voor allerlei testen is te confi gure-ren 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.”
Voedings-plaats
Korte pauzeLange pauzeKleine bewegingGrote beweging
Schuilplaats
Drink-plaats
20
NEUROBASIC Ingenieuze apparatuur maakt hersenonderzoek makkelijker
21
NEUROBASIC
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.
‘Het is geen automatisme; soms word je teleurgesteld’
Discussie
22
NEUROBASIC
Waarom is gekozen voor een muis als proefdier?De Zeeuw: “We hebben voor 97 procent dezelfde
genen als een muis. Dat betekent dat heel veel gene-
tische defecten, die ervoor zorgen dat een bepaald
eiwit niet of verkeerd wordt aangemaakt, bij een
muis identieke problemen veroorzaakt. Bovendien
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.”
Toch zijn er ook cases bekend van medicijnen die op de muis goed werkte, maar in de klinische trials teleurstelden.De Zeeuw: “Dat komt voor. We hebben het binnen
NeuroBasic ook gezien. In de praktijk blijkt dan dat
een proces genetisch dezelfde oorsprong heeft bij
muis en mens, maar dat de mate waarin de genen
tot expressie komen bij een mens toch anders is.
Daarom is het ook zo belangrijk dat je goed blijft
opletten zodra je de vertaalslag naar de mens gaat
maken: het is geen automatisme dat het daar net
zo werkt. Soms word je gedeeltelijk teleurgesteld.
Het blijft echter ook interessant om te kijken wat
er nu juist wel en wat juist niet vergelijkbaar is.”
Kushner: “Een proefdier is geen persoon: de muis
is expliciet een model, niet de daadwerkelijke
patiënt. Dat maakt het moeilijk. We moeten
goed uitzoeken welke delen van de fysiologie
vergelijkbaar of juist compleet anders zijn.”
Je zou ook kunnen kiezen voor een ander proefdier.Kushner: “Het kan soms voordelig zijn om te kiezen
voor bijvoorbeeld de zebravis of een fruitvlieg. Maar
voor ons type hersenonderzoek blijft het essentieel
dat het modelbrein lijkt op dat van een mens. Het
brein moet zo ontwikkeld mogelijk zijn, maar het
dier moet zo min mogelijk lijden. Een potentieel
diermodel als een primaat komt dan te dichtbij:
hun emoties lijken te veel op die van ons.”
De Zeeuw: “Er is geen beter model. Welk dier je ook
kiest, de stap waarbij je van proefdier naar mens gaat
blijft cruciaal. En juist omdat we wel veel lijken op
andere zoogdieren, maar er wel degelijk verschillen
zijn, wordt iets wat veelbelovend leek toch geen
succes of slechts een gedeeltelijk succes.”
Het argument dat proefdieren soms helemaal niet zo’n goed model blijken, wordt door lobbyisten ook aangevoerd om dan maar helemaal van proef-dieren af te stappen. Wat vindt u?De Zeeuw: “Ik heb wel sympathie voor de moraal die
voorschrijft dat elk proefdier er één te veel is. Ik vind
dat je proefdieren alleen maar mag opoff eren als er
een reële kans is op nieuwe kennis. Toen ik als jonge
onderzoeker mijn eerste rat moest doodmaken, heb
ik overwogen een carrièreswitch te maken. Maar
de realiteit is nu eenmaal dat we geen alternatief
hebben. Er zijn geen proefdieren in het rijkdom
der zoogdieren die geschikter zijn voor genetische
manipulatie dan een muis, en helemaal zonder
proefdieren kan je eigenlijk alleen in sommige
gevallen, door op gekweekt weefsel te testen, en
dan nog moet dat weefsel ergens vandaan komen.
Waar dat kan, gebeurt dat ook. Maar je kunt aan
weefsel niet zien of het depressief is, of epileptisch.
Je kunt dat alleen maar aan het gedrag van een
levend organisme zien.”
Kushner: “Het komt er uiteindelijk op neer dat geen
enkele patiënt medicijnen zou willen testen die hem
kunnen schaden. Als je proefdieren volledig buiten
beschouwing laat, neem je dus een enorm risico.
Niet alles kun je testen op computermodellen of
gekweekte cellen. Maar het is echt niet zo dat
wetenschappers dolgraag met proefdieren werken.
Hopelijk hebben we ze op een dag niet meer nodig.
Als er een net zo goed alternatief was, al kwam het
zelfs maar in de buurt van net zo goed: ik zou het
morgen overnemen, en velen met mij.”
tekst: René Rector en Rineke Voogtbeeld: René den Engelsman
23
PharmaPhenomics
Partners
Erasmus Universitair Medisch Centrum Rotterdamwww.erasmusmc.nl
Vrije Universiteit Amsterdamwww.vu.nl
Universitair Medisch Centrum Utrechtwww.umcutrecht.nl
Wageningen Universiteitwww.wageningenur.nl
Nederlands Herseninstituutwww.herseninstituut.knaw.nl
Delta Phenomics bv
Griffi n Discoveries bvwww.griffi ndiscoveries.com
Neurasmus bvwww.neurasmus.com
Noldus Information Technology bvwww.noldus.com
PsyNova Ltd.www.psynova.com
Synaptologics bvwww.sylics.com
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 identifi catie van een groot aantal kandidaat-genen voor grote hersenaandoeningen en het ontwikkelen van specifi eke muismodellen. Deze nieuwe modellen maken effi ciënter preklinisch onderzoek naar neurologische en psychiatrische ziekten mogelijk, en uiteindelijk ook nieuwe behandelingen voor menselijke patiënten.
Contact: Arjen Brussaard, [email protected], 020-5987003
24
ColofonRedactie
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