Onderzoek Elise Van Breedam

Abstract

Beroertes hebben een dramatische, blijvende invloed op het leven van miljoenen patiënten wereldwijd. Helaas heeft, ondanks jaren onderzoek, nog geen kandidaat neuroprotectief geneesmiddel tot een effectieve therapie geleid, gedeeltelijk te wijten aan het gebrek aan geschikte modelsystemen die de menselijke ischemische reacties nabootsen. Gelukkig biedt geïnduceerde pluripotente stamceltechnologie (iPSC) een nieuwe toegang voor het genereren van relevante, humane in vitro hersenmodellen, zoals neurosferoïden. Voortbouwend op de succesvolle onderzoeksinspanningen van mijn gastgroep om humane iPSC-afgeleide neurosferoïden te genereren die mature neuronen, astrocyten en microglia bevatten, veronderstellen we dat deze modellen zullen helpen bij het ontrafelen van biologisch relevante cellulaire en moleculaire gebeurtenissen in de context van beroertes. Om dit te onderzoeken, zullen we beroerte-achtige omstandigheden nabootsen door middel van zuurstof- en glucosedeprivatie en vervolgens de functionele en moleculaire veranderingen karakteriseren met behulp van een gecombineerde beeldvorming en multi-omics aanpak. Verder zullen we het model verfijnen door infiltratie van perifere immuuncellen (monocyten en neutrofielen) om de in vivo respons nog uitgebreider na te bootsen. Zo willen we de neuroinflammatoire cascade na ischemische beroerte ontrafelen en nieuwe routes en bijbehorende merkers identificeren die kunnen helpen bij de bescherming of het herstel van de neurologische schade.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Ponsaerts Peter
• Co-promotor: De Vos Winnok
• Co-promotor: Van Breedam Elise
• Mandaathouder: Van Calster Siebe

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor Experimentele Hematologie (LEH)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Synucleïnopathieën, incl. de ziekte van Parkinson, zijn neurodegeneratieve aandoeningen die worden gekenmerkt door alfa-synucleïne (?Syn)-aggregaten die zich op prionachtige wijze voortplanten tussen cellen van het zenuwstelsel. De precieze rol van ?Syn-pathologie in de ziekteprogressie blijft onduidelijk. Bovendien moet nog worden opgehelderd hoe microglia ?Syn-pathologie precies beïnvloeden. De huidige in vitro modellen zijn beperkt in hun vermogen om humane reacties op pathologische ?Syn waarheidsgetrouw te repliceren. In deze studie zullen we humane neurosferoïden (NSPHs) gebruiken om ons begrip van ?Syn-pathologie, meerbepaald de geassocieerde pathofysiologische pathways, te verbeteren. D.m.v. NSPHs met en zonder microglia, willen we de rol van microglia en neuroinflammatie in ?Syn accumulatie en cellulaire responsen ophelderen. Hiertoe zullen ?Syn fibrillen worden toegevoegd aan NSPHs en ?Syn accumulatie/propagatie zal worden gevolgd door NSPHs te kleuren voor pathologische ?Syn. Vervolgens zullen de pathways worden bepaald op transcriptoom- en proteoomniveau en verder worden gekarakteriseerd op cellulair en functioneel niveau, resp. d.m.v. immunocytochemie en functionele assays (bv. elektrofysiologie). Samengevat zal dit project helpen bij het identificeren van pathofysiologische mechanismen geassocieerd met ?Syn-pathologie die mogelijk leiden tot neuronale disfunctie of verlies, en de rol van microglia te verduidelijken, in een humane hersenachtige context.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Ponsaerts Peter
• Mandaathouder: Van Breedam Elise

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor Experimentele Hematologie (LEH)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Synucleïnopathieën, waaronder de ziekte van Parkinson en dementie met Lewy-lichaampjes, zijn een groep neurodegeneratieve aandoeningen die worden gekenmerkt door de vorming van alfa-synucleïne (αSyn)-aggregaten die zich op een prionachtige manier kunnen verspreiden tussen cellen van het zenuwstelsel. De exacte rol van αSyn pathologie in de ziekteverloop van deze synucleinopathieën moet echter nog worden opgehelderd. Bovendien zijn microglia aangewezen als een belangrijke speler in de pathofysiologie van synucleinopathieën, maar hoe deze cellen αSyn pathologie beïnvloeden blijft onduidelijk. De huidige in vitro modellen zijn beperkt in hun vermogen om de menselijke responsen op pathologische αSyn met voldoende getrouwheid te repliceren. Recent ontwikkelde (microglia-bevattende) hersenorganoïden vertegenwoordigen een veelbelovend nieuw model om αSyn pathologie te bestuderen in een menselijke hersenachtige omgeving. In deze studie zullen we gebruik maken van humane hersenorganoïden of 'neurosferoïden' (NSPHs) om ons begrip van de pathologie van αSyn te vergroten, waarbij we ons richten op de verspreiding en geassocieerde pathofysiologische routes. Door gebruik te maken van NSPHs met en zonder microglia (geannoteerd als tri- en bipartite NSPHs), willen we de rol van microglia en neuroinflammatie in deze processen bepalen. Hiertoe zullen voorgevormde αSyn fibrillen worden toegevoegd aan NSPHs. Het kleuren van NSPHs voor pathologische αSyn, met gefosforyleerd αSyn antilichaam en thioflavine, op verschillende tijdstippen maakt het mogelijk om de internalisatie, accumulatie en verspreiding van αSyn pathologie te monitoren. Veranderde pathofysiologische pathways zullen worden bepaald door RNA-sequencing en gevalideerd op eiwitniveau door middel van immunocytochemie (ICC). Samenvattend zal dit project helpen bij het identificeren van belangrijke veranderingen geassocieerd met αSyn-pathologie en bij het verduidelijken van de rol van microglia in een menselijke hersenachtige context.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Breedam Elise

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor Experimentele Hematologie (LEH)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ontwikkeling van drie-dimensionele (3D) in vitro celcultuurmodellen voor humaan neuro-immunologisch onderzoek is momenteel een belangrijke onderzoeksrichting in medisch celbiologisch onderzoek. Alhoewel verschillende protocollen reeds beschreven zijn voor generatie van humane 3D hersenorganoiden startende van pluripotente stamcellen, hebben deze huidige modellen belangrijke beperkingen, waaronder de afwezigheid van extracellulaire matrix (ECM) componenten, de afwezigheid van verschillende types van immuuncellen en een functionele bloedhersenbarrière (BHB). Met dit project hebben we als doel een nieuwe methode voor de generatie van 3D neuro-immuun celcultuurmodellen te ontwikkelen en valideren om studie en modulatie van humane neuro-immuunprocessen in vitro te bevorderen. Hiervoor zullen isogene 3D celculturen aangemaakt worden, bestaande uit humane embryonale stamcel (hESC)-afgeleide neuronen, astrocyten en microglia, met als groeisubstraat gedecellulariseerde muis hersensneden, waardoor originele hersen ECM eiwitten groei- en structurele ondersteuning kunnen geven. Bijkomend zullen hESC-afgeleide astrocyten en endotheelcellen gebruikt worden om een BHB model te genereren als fysische barrière voor hESC-afgeleide macrofagen. Verdere inclusie van strategieën voor genetische modificatie om bioluminescentie beeldvorming en confocale microscopie op (levende) 3D celculturen toe te laten, zal aangewend worden om deze technologie grondig te evalueren en aan te passen voor onderzoeksdoeleinden in de biomedische industrie. Eens geoptimaliseerd zal deze technologie tevens aangewend worden om eigen onderzoekslijnen verder te ondersteunen waarbij we het therapeutisch effect van interleukine 13 (IL13)-gebaseerde immunomodulatie verder willen onderzoeken in experimentele modellen van hypoxie en hypoglycemie (cfr. hersenberoerte). Eens gevalideerd, geloven we dat implementatie van deze technologie door onderzoeksinstellingen en/of farmaceutische industrie een grote impact kan hebben niet alleen op de betrouwbaarheid van preklinische evaluatie van nieuwe medicatie, en hieruit voortvloeiend op de medische en sociale investeringen in onze gezondheidszorg, maar tevens ook toepassingen zal vinden in humaan toxicologisch onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Ponsaerts Peter
• Mandaathouder: Van Breedam Elise

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium voor Experimentele Hematologie (LEH)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject