‘Cel atlas’ moet onderzoek naar veroudering vooruithelpen

Wereldprimeur voor KU Leuven: onderzoekers maken “atlas van de hersenen”

Wereldprimeur voor KU Leuven: onderzoekers maken “atlas van de hersenen”

(themabeeld) Foto: shutterstock

Leuven -

Een wereldprimeur voor de onderzoekers van de KU Leuven. Een team onder leiding van professor Stein Aerts is er voor het eerst in geslaagd om het verouderingsproces van álle hersencellen individueel in kaart te brengen. Niet bij de mens, maar wel bij de fruitvlieg. De onderzoekers ontwikkelden een “cel atlas” die meer inzicht biedt in hoe het brein werkt en die ook als leidraad kan dienen om menselijke ziekteprocessen gedetailleerder in kaart te brengen.

“In tijden van Google Maps en gps klinkt het woord atlas misschien wat stoffig”, meldt de KU Leuven in een persbericht. “Maar de nieuwe cel atlas van het vliegenbrein die deze week in het prestigieuze vakblad Cell gepubliceerd wordt, is dat allerminst. De wetenschappers maakten gebruik van de allernieuwste technologie en zelfs artificiële intelligentie om gegevens van tientallen duizenden cellen te analyseren. “

Wat kan zo’n atlas ons leren?

“Om de werking van de hersenen - zelfs die van een fruitvlieg - echt te kunnen begrijpen, moeten we inzoomen op individuele cellen”, zegt professor Stein Aerts (VIB-KU Leuven). “Hoewel alle cellen in principe hetzelfde DNA bevatten, wordt niet alle genetische informatie op dezelfde manier ingezet. Dat verklaart waarom sommige cellen een rol spelen bij het geheugen, terwijl anderen bijvoorbeeld instaan voor het aansturen van de spieren. Om een zicht te krijgen op hoe alles echt in elkaar zit, moeten we niet alleen in kaart brengen wat elke cel doet, maar ook wanneer.”

Vooral dat laatste moet ons helpen om op termijn ook bij menselijke cellen nuttige informatie op te leveren. “Net als alle andere cellen in ons lichaam veranderen hersencellen gaandeweg: als hun omgeving verandert, als ze verouderen, of als we ziek worden bijvoorbeeld”, aldus Aerts.

Het ultieme doel is om de moleculaire status van alle cellen en weefsels van een patiënt in real time op te volgen om zo problemen vroeg te kunnen detecteren en in behandelingen op maat te voorzien. “Maar om daar te geraken hebben we de technologie én de kennis nodig om de dynamiek van individuele cellen te meten en te interpreteren.”

Wereldprimeur voor KU Leuven: onderzoekers maken “atlas van de hersenen”
Foto: shutterstock

Alles begint met… een fruitvliegje

Omdat zo’n onderneming een erg moeilijke taak is, begonnen de wetenschappers niet met een menselijk brein, maar met dat van een fruitvliegje. “Fruitvliegjes, een vaste waarde in wetenschappelijk onderzoek, kweken snel en hebben heel wat genetische gelijkenissen met gewervelde dieren zoals de mens. We besloten meteen het meest complexe orgaan in kaart te brengen: de hersenen. Hoewel de hersenen van de fruitvlieg beduidend kleiner zijn dan die van de mens, staan ook deze cellen in voor heel wat gelijkaardige taken.”

“Net als in ons brein, vind je in de hersenen van de fruitvlieg honderden verschillende celtypes die samen een enorm complex netwerk vormen”, zegt Kristofer Davie, een van de onderzoekers. “In dat opzicht is het een soort van miniatuurbrein dat ons enorm veel kan leren over het onze.”

Meer dan miljard gegevens

Alle cellen in kaart brengen was zelfs voor dit relatief klein stel hersenen niet eenvoudig. “Er zijn ongeveer 15.000 genen en zo’n 100.000 cellen in de hersenen van een fruitvlieg”, aldus Davie. “Even rekenen en je komt al snel op meer dan een miljard meetgegevens die je in kaart moet brengen en analyseren voor elk tijdstip.”

Om zo’n gigantische hoeveelheid data de baas te kunnen schakelden de wetenschappers artificiële intelligentie in. Ze brachten meer dan 80 verschillende celtypes in kaart, onderverdeeld in nog veel meer subtypes. Die konden ze matchen met specifieke hersenfuncties, zoals bijvoorbeeld het regelen van slaap of geurherkenning. Dankzij machine learning-algoritmes slaagden de onderzoekers er ook in om de leeftijd van een cel te voorspellen. Verrassend genoeg had veroudering ook een verschillend effect naargelang het celtype.

Wereldprimeur voor KU Leuven: onderzoekers maken “atlas van de hersenen”
Onderzoekers Jasper Janssens, Kristofer Davie, Stein Aerts, Samira Makhazami, Duygu Koldere en Maxime De Waegeneer. Foto: ku leuven

Biomedische toepassingen

Hoewel de onderzoekers van de KU Leuven er nu in geslaagd zijn om een stel hersenen in kaart te brengen, zal het nog wel even duren voor biomedische toepassingen ontwikkeld kunnen worden. Toch twijfelts Aerts er niet aan dat zogenaamd single cell-onderzoek nog tot veel doorbraken zal leiden: “Het zijn enorm boeiende tijden voor het biomedisch onderzoek. Door gen-activiteit op het niveau van individuele cellen te analyseren ontdekken we zo’n schat aan informatie dat we haast niet weten wat eerst te analyseren.”

Corrigeer

IN HET NIEUWS

Verkiezingen in jouw gemeente:

POPULAIRE VIDEO'S

Het beste van Enkel voor abonnees