Wetenschappers lieten een kunstmatig brein trippen op meth

De anti-narcotica slogan “dit is je brein onder invloed van drugs” werd beroemd vanwege de metafoor van het gebakken ei, dat wil aangeven hoe groot de neurologische impact van drugsmisbruik kan zijn. Maar weet je wat nog beter is dan een model gebaseerd op een gebakken ei? Methamfetamine toedienen aan een geavanceerd, kunstmatig brein op een chip van polymeer - en dat is precies wat het team van wetenschappers heeft gedaan in hun onderzoek dat maandag werd gepubliceerd in Nature Biotechnology.

Het onderzoek werd geleid door Ben Maoz, Anna Herland en Edward Fitzgerald van het Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, en is het bewijs van de laatste ontwikkelingen op het gebied van orgaan-op-een-chiptechnologie. Bij deze methode wordt orgaanfunctie gesimuleerd door menselijke celculturen te integreren in microfluïde chipsets, waarmee de reacties op nieuwe moleculen en stimuli kunnen worden geobserveerd.

In dit geval was die stimulus meth. “We hebben voor dit middel gekozen omdat het een van de meest verslavende drugs is, verantwoordelijk voor duizenden doden,” schrijft Maoz in een e-mail. “Gezien deze tragische cijfers, is het gek dat er nog zo weinig bekend is. Daarom gebruiken wij dit nieuwe systeem om de metabolische effecten van meth te testen op verschillende delen van het neurovasculaire systeem.”

In andere woorden: met deze orgaan-op-een-chipmodellen kunnen wetenschappers kijken hoe je brein precies werkt onder invloed van drugs, of in ieder geval, hoe een kunstmatig brein onder invloed van drugs precies werkt. Dit is veelbelovend - niet alleen om verschillende effecten van veelgebruikte drugs te onderscheiden, wat kan helpen bij het ontwikkelen van afkickbehandelingen, maar ook om nieuwe manieren te onderzoeken om medicijnen op de juiste plek in het brein af te leveren.

Het team van Wyss probeerde het proces dat plaatsvindt bij de bloed-hersenbarrière (BHB) na te bootsen. Dit semi-doorlaatbare filter werkt als een soort cerebrale nachtclubuitsmijter, dat alleen de nuttige stoffen zoals water en glucose vanuit de bloedbaan bij de neuronen naar binnen laat, terwijl het mogelijk schadelijke stoffen weigert.

De Amerikaanse wetenschappers verbonden een brein op een chip gevuld met hersencellen aan twee bloed-hersenbarrières op een chip, bestaande uit endotheelcellen, astrocyten en pericyten (de celtypes die het systeem van de BHB aansturen). Kunstmatig bloed en ruggenmergvloeistof stroomt door het systeem, waardoor moleculen de kunstmatige BHB kunnen bereiken. Die kunstmatige BHB filtert de vloeistof voordat het bij het kunstmatige brein aankomt, die op zijn beurt weer vloeistof terugstuurt naar de BHB.

En daar komt de meth om de hoek kijken. Een van de grootste effecten van methamfetamine is de verhoogde doorlaatbaarheid van de BHB: de drug zorgt ervoor dat de uitsmijter toleranter wordt en meer mensen binnenlaat in de club. Als 1,5 millimol meth bij de kunstmatige BHB aankomt, komt ongeveer 10 procent langs de barrière. Dat bindt vervolgens aan de neuronen en imiteert de echte neurologische effecten van de drug.

Chipsets zijn niet alleen nuttig bij drugsexperimenten, maar ook bij ander neuropathologisch onderzoek. Cellen van patiënten met een beroerte, Alzheimer, hersentrauma of andere aandoeningen kunnen in de chips worden geïntegreerd, of de zieke cellen zouden kunstmatig gemaakt kunnen worden door middel van genmodificatie.

Daar willen Maoz, Herkand en Fitzgerald nu heen met het ontwikkelen van nieuwe orgaan-op-een-chipplatforms in hun eigen laboratoria aan respectievelijk de Tel Aviv University, KTH Royal Institute of Technology en Uppsala University.

“Op dit moment hebben we met ons systeem en het concept een aantal studies lopen, aan het Wyss Institute, maar ook in onze onafhankelijke laboratoria,” zegt Maoz. “Bij één willen we een micromens op een chip bouwen, waarbij we van plan zijn meerdere organen te simuleren. Ook willen we een orgaan-op-een-chipsysteem bouwen waarbij alle cellen van één individu afkomstig zijn.”

In andere woorden: mogelijk is de volgende stap op weg naar een doorbraak in gepersonaliseerde medicatie deze “mini-me-op-een-chip”.

Volg Motherboard op Facebook, Twitter en Flipboard.