Umbilical cord-derived mesenchymal stromal cells attenuate neurogenic degeneration in infantile acute encephalopathy mice

Stel je de hersenen voor als een bruisende, hoogtechnologische stad waar miljarden kleine werkers (neuronen) de lichten aanhouden, het verkeer laten stromen en de muziek laten spelen. Normaal gesproken draait deze stad soepel, maar soms slaat er een enorme storm toe. In de echte wereld kan deze storm een ernstige infectie of een koorts zijn die een ongecontroleerde elektrische storm in de hersenen ontketent, een epileptische aanval genoemd. Wanneer dit gebeurt, stormen de noodhulpdiensten van de stad (immuuncellen genaamd microglia) naar binnen. Maar soms raken ze in paniek en veroorzaken ze meer schade dan de storm zelf, waarbij ze gebouwen afbreken en de stad in puin achterlaten. Dit is een aandoening die bekend staat als infantile acute encefalopathie, een angstaanjagende situatie voor baby's waarbij de hersenen ontstoken raken en beschadigd raken, wat vaak leidt tot langdurige geheugen- of gedragsproblemen. Wetenschappers zoeken naar een manier om deze noodhulpdiensten te kalmeren zonder ze volledig uit te schakelen, in de hoop een "vredestichter" te vinden die de chaos kan stoen en de stad helpt weer op te bouwen.

Maak kennis met de navelstreng. Je denkt misschien dat het slechts een biologische verbinding is die een baby ooit met de moeder verbond, maar wetenschappers hebben ontdekt dat het ook een schatkist is van "reparatieteams" genaamd mesenchymale stromale cellen (MSC's). Denk aan deze cellen als superkrachtige paramedici die niet alleen wonden dichtplakken; ze kunnen ook praten met de gepanikeerde noodhulpdiensten en hen vertellen dat ze moeten afdalen, van "aanvalmodus" naar "reparatiemodus" moeten overschakelen en de ontsteking moeten stoppen. Deze studie, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Tokio en Human Life Cord Japan Inc., stelde een grote vraag: Kunnen deze reparatieteams uit de navelstreng de hersenen van een baby redden wanneer deze onder aanval staan van een hevige epileptische storm?

Om dit te ontdekken, bouwden de onderzoekers in een laboratorium een minuscule, gesimuleerde versie van deze ramp. Ze gebruikten baby-muizen (slechts 1s dagen oud, wat overeenkomt met een menselijke zuigeling) en gaven hen een dubbele dosis ellende. Eerst injecteerden ze een stof genaamd Poly(I:C) om een virale infectie na te bootsen, en drie uur later voegden ze een chemische stof genaamd kaininezuur (KA) toe om een hevige, langdurige epileptische aanval te triggeren. Deze combinatie creëerde een "perfecte storm" in de hersenen van de muizen, waardoor ze aanvallen kregen die lang genoeg duurden om gevaarlijk te zijn, net zoals de menselijke conditie die ze probeerden te modelleren.

Zodod de aanvallen begonnen, wachtten de onderzoekers zes uur en introduceerden toen hun held: humane menselijke navelstreng-afgeleide mesenchymale stromale cellen (UC-MSC's). Ze injecteerden deze cellen direct in de staarten van de muizen, waardoor ze via de bloedbaan naar de hersenen konden reizen. De resultaten waren als het kijken naar een chaotische rel die verandert in een rustige bouwplaats. Bij de muizen die de aanvallen kregen maar geen reparatieteams ontvingen, vertoonden de hersenen tekenen van zware schade. Kleine neuronen stierven en de noodhulpdiensten (microglia) waren opgezwollen, boos en bedekt met "puin", alsoer ze zich in een razernij bevonden. Echter, bij de muizen die de UC-MSC's ontvingen, was de schade aanzienlijk minder. Het aantal stervende neuronen daalde en de hersenen zagen er veel gezonder uit.

Maar hier komt het lastige deel, dat het artikel zeer duidelijk maakt: de reparatieteams zorgden er niet voor dat de noodhulpdiensten niet meer verschenen. Sterker nog, het aantal microglia in de behandelde muizen was net zo hoog als in de onbehandelde muizen. Het verschil zat niet in hoeveel er waren, maar in wat ze deden. De UC-MSC's leken de gemoedstoestand van de microglia te veranderen. In de onbehandelde muizen waren deze cellen in "oorlogsmodus" en pompten ze giftige chemicaliën rond die de hersenen beschadigden. In de behandelde muizen fungeerden de UC-MSC's als een kalmerende stem, die de microglia ervan overtuigden om over te schakelen naar "vredesmodus". Ze stopten met het produceren van de giftige chemicaliën en begonnen juist nuttige stoffen te produceren die helpen bij het herstel.

De onderzoekers keken ook hoe de muizen zich later in hun leven gedroegen. De muizen die zonder behandeling aanvallen hadden gehad, werden hyperactief, rennend alsover ze te veel energie hadden en zich niet konden concentreren, een gedrag dat vergelijkbaar is met aandachtsproblemen bij mensen. Maar de muizen die de UC-MSC-behandeling kregen, waren veel rustiger. Ze renden niet zo veel rond en leken een betere controle over hun bewegingen te hebben. Dit suggereert dat door de ontsteking in de hersenen vroegtijdig te kalmeren, de reparatieteams hielpen om langdurige gedragsproblemen te voorkomen.

De studie stopte niet bij het kijken naar de hele hersenen; ze zoomden in om te zien hoe deze cellen met elkaar communiceerden. In een experiment in een reageerbuis kweekten ze hersenimmuuncellen en stelden deze bloot aan dezelfde "storm"-chemicaliën. Wanneer ze de UC-MSC's toevoegden, veranderden de immuuncellen fysiek van vorm. In plaats van eruit te zien als ronde, boze klonten (amoeboïde vorm), kregen ze lange, vertakte armen (vertakte vorm), wat een teken is dat ze behulpzaam en kalm werden. De cellen veranderden ook hun interne chemie, waarbij ze de genen die hen boos maken uitschakelden en de genen die helpen bij het genezen, inschakelden.

De publicatie waarschuwt echter voorzichtig dat ze nog geen wondermiddel beloven. De onderzoekers merken op dat hoewel de resultaten zeer veelbelovend zijn, ze een specifieke dosis cellen gebruikten die voor mensen quite hoog zou kunnen zijn, en één muis kreeg een slechte reactie tijdens de injectie. Ze suggereren dat hoewel deze aanpak eruitziet als een zeer sterke kandidaat voor de behandeling van deze ernstige hersenstormen, er meer werk nodig is om de perfecte dosis en timing te bepalen. De studie concludeert dat deze navelstrengcellen een krachtig middel kunnen zijn om te voorkomen dat de hersenen zichzelf uitbranden tijdens een aanval, maar dat dit een suggestie is gebaseerd op muismodellen, en geen definitief oordeel voor menselijke patiënten. Het pad van een laboratoriummuis naar een menselijke baby is lang, maar dit onderzoek verlicht een zeer heldere straat op dat pad.