Stage

De eerste kennismaking op het gebied van de ziekte van Parkinson kwam voor mij tijdens de eerste stage van mijn Master. In het voorjaar van 2019 ben ik voor 6 maanden vertrokken naar Leiden om stage te lopen bij het biotech bedrijf Mimetas. Mimetas noemt zichzelf ook wel “the Organ-on-a-Chip Company”. Ze hebben een door hen ontwikkeld microfluïdisch platform, genaamd de Organoplate, waarin ze menselijke weefsels en organen proberen na te bootsen. Één van de weefsels waar ze in het bijzonder geïnteresseerd in waren is hersenweefsel; specifiek de neuronen die aangedaan zijn bij parkinson.

Stamcellen gekweekt

Voor mijn project heb ik menselijke stamcellen, afkomstig van huidcellen van mensen met parkinson en van mensen zonder parkinson, in deze Organoplates gekweekt en bestudeerd. Bij het starten van een celkweek met deze stamcellen kunnen zij nog elk type cel worden, van spiercel tot levercel. Mijn celkweek verliep volgens een strak schema en receptuur om zo binnen enkele weken van stamcel naar volwassen neuron te groeien. Hoewel parkinson een zeer ingewikkelde ziekte is met een diversiteit aan (genetische) risicofactoren, ben ik de diepte in gegaan op een enkele genetische mutatie (in het PINK1 gen). Celkweken afkomstig van een parkinsonpatiënt met deze mutatie werden gelijktijdig met celkweken afkomstig van een persoon zonder deze mutatie en zonder parkinson gestart. Het groeiproces van de twee heb ik nauwkeurig vergeleken om mogelijke verschillen, die te maken kunnen hebben met de ziekte, in kaart te brengen. Eenmaal volgroeid tot de gewenste dopamine-producerende neuronen werden de twee soorten kweken nog intensiever onderzocht.

Nieuwe mogelijkheden

Het onderzoeken van een celkweek met neuronen biedt mogelijkheden die tot niet heel lang geleden ondenkbaar waren. Voordat deze stamceltechnologie bestond was onderzoek volledig aangewezen op zeer zeldzaam hersenmateriaal van overledenen, waarbij deze hersencellen vrijwel direct na het overleden niet meer goed te bestuderen zijn. Het bestuderen van hersencellen in levende patiënten is uiteraard nog problematischer, omdat een hersenbiopt afnemen geen optie is. De hersencellen die ik in kweek had waren genetisch identiek aan de donorpatiënt en functioneerden als levende hersencellen.

Medicijnonderzoek

Naast het onderzoeken van deze levende hersencellen werd er ook gewerkt aan een model om deze cellen te gebruiken bij medicijnonderzoek tegen parkinson. Het doel was om hersencellen van parkinsonpatiënten en niet-patiënten heel nauwkeurig te onderzoeken vóór toevoegen van potentiële medicijnen en ná het toevoegen. Het idee is dat er normaliter verschillen waar te nemen zijn tussen de twee celkweken zonder dat er medicatie is toegevoegd, waarbij toevoegen van medicatie lijdt tot vermindering van deze verschillen. Hoewel de technieken veelbelovend zijn, zijn we nog niet zo ver. Tijdens deze stage ondervond ik hoe lastig het is om verschillen tussen de celkweken precies toe te kennen aan het wel-of-niet afkomstig zijn van parkinsonpatiënten, mede omdat er ook tussen kweken van verschillende parkinsonpatiënten en tussen kweken van verschillende niet-patiënten al veel verschillen te zien waren.

Naar Stockholm 

Na deze 6 maanden in Leiden zette ik de volgende stap in het onderzoek naar parkinson; ik vertrok in januari 2020 naar Stockholm om mijn afstudeerstage te doen. Omdat ik tijdens mijn vorige stage merkte dat een onderzoek van 6 maanden naar een ingewikkelde ziekte als parkinson wel erg kort is, besloot ik vooraf om mijn afstudeerstage te verlengen van 6 naar 12 maanden. Ik ging op zoek naar de labs over de wereld die mij het meest interessant leken. Zodoende kwam ik terecht bij het lab van Ernest Arenas aan het Karolinska Institutet in Stockholm. Zijn lab wijdt zich al jaren volledig aan het onderzoeken van parkinson. Veel van het onderzoek werd gedaan met behulp van muizen en later met genetisch gemanipuleerde menselijke embryonale stamcellen. Met de recente komst van de techniek om menselijke huidcellen om te programmeren tot stamcellen, is ook zijn lab zich gaan verdiepen in deze techniek.

Specifieke hersencellen

Mijn project was om hun bestaande protocollen voor het kweken van embryonale stamcellen en het uitgroeien naar de specifieke hersencellen die aangedaan zijn bij parkinson, toe te passen op stamcellen afkomstig van huidcellen. In essentie was het project vergelijkbaar met mijn vorige project, maar met een aantal verschillen. Waar ik bij mijn vorige project alleen een enkele genetische variant van parkinson (PINK1) onderzocht, had ik deze keer meerdere genetische varianten tot mijn beschikking (LRRK2, GBA en SNCA). Ook had ik van elke variant meerdere cellijnen, afkomstig van meerdere patiënten met deze genetische mutaties. Naast de cellen van niet-patiënten en patiënten om te vergelijken, had ik nog een derde categorie om te onderzoeken; de cellijnen afkomstig van patiënten met parkinson, maar waarbij de genetische mutatie in het lab is gecorrigeerd naar de normale gezonde variant.

Nieuwe techniek

Een nadeel bij het bestuderen van celkweken is dat deze cellen tot enkele weken oud zullen zijn wanneer ze onderzocht worden. Dezelfde cellen zullen in parkinsonpatiënten over het algemeen pas na vele jaren ziekteverschijnselen vertonen. Juist omdat de bestudeerde hersencellen in kweek nog zo jong zijn en geen overduidelijke ziekteverschijnselen vertonen is het belangrijk dat de onderzoekstechnieken die je gebruikt de cellen tot in de kleinste details kunnen uitpluizen. Normaliter wordt bij onderzoek naar bijvoorbeeld genexpressie een celkweek als hele groep onderzocht; je meet waarden die horen bij de hele groep met cellen, niet te herleiden naar individuele cellen. Een nieuwe en zeer nuttige techniek die in dit lab gebruikt wordt is “single-cell RNA sequencing”. Deze techniek kan heel precies volgen welke individuele cel welke waarden heeft. Op deze manier kan een afwijkende waarde van een enkele cel gevonden worden, waar dit voorheen overschaduwt werd door de waarden van de andere cellen in de kweek.

Zeer leerzaam

Hoewel de pandemie en de gedeeltelijke sluiting van het lab het project hebben bemoeilijkt heb ik toch een zeer interessante stage gehad. Na twee enorm leerzame en interessante stages op het gebied van parkinsononderzoek, vanuit zowel de academische als de commerciële hoek, rond ik dit voorjaar mijn masteropleiding af en ga ik op zoek naar mijn volgende uitdaging. Met dank aan de Parkinson Vereniging voor het mede mogelijk maken van de stage in Zweden.