Sarah Weckhuysen hoofddocent - fundamenteel klinisch navorser

Onderzoek Sarah Weckhuysen

Onderzoeksgroep

Expertise

De focus van mijn onderzoeksgroep is het ontrafelen van de moleculaire basis van genetische epilepsieën. Het gebruik van state-of-the-art genetische strategieën stelt ons in staat om nieuwe ziekte genen te identificeren, zoals de novo mutaties in het gen KCNQ2 in neonatale epileptische encefalopathie. Gebruik makend van niet-neuronale en iPSC derived neuronale cell modellen, onderzoeken we tevens het effect van mutaties op de normale gen functies. We hebben een nauwe samenwerking met de dienst Neurologie van het Universitair Ziekenhuis Antwerpen, waar de PI de epilepsie kliniek leidt. De laatste jaren is onze groep uitgegroeid tot een labo dat translationeel onderzoek doet gaande van de kliniek (deep-phenotyping van patiënten) naar het labo (genetische diagnose en functionele karakterisatie) en opnieuw naar de kliniek (therapie ontwikkeling).

Netwerk-gebaseerde computationele heroriëntatie van bestaande geneesmiddelen voor de behandeling van KCNQ2-encephalopathie. 01/11/2024 - 31/10/2026

Abstract

Ontwikkelings- en epileptische encefalopathie (DEE) veroorzaakt door pathogene varianten in het KCNQ2-gen is een ernstige neurologische aandoening die wordt gekenmerkt door epileptische aanvallen en ontwikkelingsachterstand. Hoewel de epilepsie bij veel KCNQ2 DEE-patiënten behandeld kan worden met anti-epileptica, bestaat er geen therapie voor de ernstige ontwikkelingsachterstand. Bijgevolg hebben deze kinderen de rest van hun leven intensieve zorgen nodig. Gezien de trage snelheid en hoge kost voor geneesmiddelenontwikkeling, zijn de vooruitzichten om op korte termijn veilige en effectieve behandelingen te bieden voor KCNQ2-DEE patiënten laag. In dit project zal ik state-of-the-art technologie van hersenorganoïden combineren met transcriptoomdata en innovatieve elektrofysiologische read-outs om een drug screening platform te ontwikkelen om gekende en FDA-goedgekeurde medicijnen te identificeren als potentiële therapieën voor KCNQ2-DEE. Deze strategie zal leiden tot nieuwe inzichten in de onderliggende moleculaire pathologie van KCNQ2-DEE samen met het potentieel om nieuwe kandidaat-geneesmiddelen voor deze aandoeningen te identificeren. Als dit platform succesvol blijkt, kan het worden toegepast op andere soorten neurologische ontwikkelingsstoornissen voor de identificatie van geneesmiddelen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Bevordering van de diagnose van genetische epilepsieën bij kinderen door middel van geavanceerde multi-omics methoden en verbetering van mechanistische inzichten door de studie van microgliabevattende hersenorganoïden. 01/10/2023 - 30/09/2028

Abstract

Monogene epilepsie bij kinderen gaat gepaard met een hoge mate van therapieresistentie en comorbide gedrags- en neurologische ontwikkelingsproblemen. Het stellen van een genetische diagnose is een aanknopingspunt gebleken voor een meer gerichte behandeling en verbetert de prognose. Voor genetische epilepsieën zonder beschikbare therapieën kan het ontrafelen van de onderliggende pathomechanismen de ontwikkeling van nieuwe behandelingen vergemakkelijken, waardoor de zorg voor deze patiëntengroep verder kan worden verbeterd. We zijn echter nog steeds niet in staat om een genetische diagnose te stellen bij 2/3 van de patiënten, en beperkte toegang tot hersenweefsel van epilepsiepatiënten bemoeilijkt mechanistische studies. In dit project zal ik een geavanceerde en geïntegreerde multi-omics pipeline toepassen op DNA en celvrij DNA van patiënten met ernstige kinderepilepsie, om zo de diagnostische kloof te verkleinen. Ik zal verder een robust protocol ontwikkelen voor de generatie van microglia-bevattende humane hersenorganoïden, een krachtig model om het ziektemechanismen van genetische epileptische ontwikkelingsstoornissen nauwkeuriger te bestuderen. Ik zal dit model gebruiken om de ziektemechanismen te bestuderen die ten grondslag liggen aan KCNQ2 en KCNQ3 gain-of-function aandoeningen, twee genetische aandoeningen die al jaren intensief door mijn groep worden bestudeerd en waarvan verondersteld wordt dat ze ontstaan door de interactie tussen verschillende soorten hersencellen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Elektrofysiologische en farmacologische karakterisering van iPSC afgeleide neuronale netwerken met behulp van een high-density micro-electrode array. 01/10/2023 - 30/09/2026

Abstract

Pathogene varianten in KCNQ2 en KCNQ3 (KCNQ2/3) leiden tot een spectrum van aandoeningen gaande van tijdelijke neonatale epilepsie tot epilepsie met ernstige verstandelijke beperking. Deze genen coderen voor spanningsgevoelige kaliumkanalen (Kv7.2/3) in het centrale zenuwstelsel die de neuronale prikkelbaarheid regelen. Er zijn meer dan 190 varianten geïdentificeerd, en van de meest klinisch relevante varianten is het effect op kanaalfunctie bestudeerd in niet-neuronale heterologe systemen. De relatie tussen Kv7.2/3 disfunctie en de mechanismen waarmee ze de neurologische ontwikkeling beïnvloeden, is echter nog ongekend. Ik stel voor om neuronen afgeleid van humaan geïnduceerde pluripotente stamcellen met KCNQ2/3 varianten met gain- en loss-of-function effecten te gebruiken om de hypothese te testen dat pathogene varianten in KCNQ2/3 leiden tot een aberrante neuronale netwerkontwikkeling. Met een high-density microelectrode array zal ik de ontwikkeling tussen KCNQ2/3 varianten in uitsluitend excitatoire, en gemengde excitatoire:inhibitoire neuronale netwerken vergelijken. Ik zal de doeltreffendheid van kanaalactivatoren en -blokkers testen en nieuwe antisense oligonucleotiden ontwikkelen als een gerichte knockdown aanpak. Dit voorstel zal een afstembaar systeem opleveren om de neurologische ontwikkeling te bestuderen, om het potentieel als high-throughput geneesmiddelenscreening te valideren, en lead compounds te ontwikkelen voor de behandeling van Kv7.2/3 kanalopathie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Studie van de rol en contributie van neuronen en microglia in de ontwikkelingsproblematiek bij kinderen met KCNQ3 gain of functie encefalopathie 01/02/2023 - 31/01/2025

Abstract

Kv7.2 en Kv7.3 subeenheden, gecodeerd door KCNQ2 en KCNQ3, vormen homo- of hetero-tetramere spanningsgevoelige kaliumkanalen (Kv7-kanalen). Kv7-kanalen in neuronen produceren een goed gekarakteriseerde M-stroom die een kritische regulator is van neuronale exciteerbaarheid door repetitief vuren te dempen. Gain-of-function (GoF) varianten in KCNQ2 en KCNQ3 leiden tot ernstige neurologische ontwikkelingsstoornissen in een vroeg stadium (KCNQ2- en KCNQ3-GoF-Encefalopathie). Autisme spectrum stoornis (ASD) is echter een veel prominenter kenmerk bij KCNQ3-GoF-Encefalopathie. Dit suggereert dat Kv7.3 een unieke functie heeft tijdens de neurologische ontwikkeling. Databases met RNA-sequencing hebben aangetoond dat KCNQ3 het enige KCNQ-gen is dat in hoge mate tot expressie komt in microglia in de menselijke hersenen. Gezien het opkomende bewijs dat microglia disfunctie betrokken is bij de ontwikkeling van verstandelijke beperking en autisme, veronderstellen wij dat KCNQ3-GoF varianten de microglia functie beïnvloeden, wat bijdraagt tot het reeds disfunctionele neuronale netwerk. In dit project zal ik een menselijk tripartiet neuronaal-microglia model bouwen (excitatoire neuronen, inhibitoire neuronen en microglia) afgeleid van geïnduceerde pluripotente stamcellen die drager zijn van KCNQ-GoF varianten, alsook controle lijnen. Met dit model zal ik (i) de functie van Kv7.3 in microglia onderzoeken en (ii) de bijdrage van elk celtype aan KCNQ3-GoF-Encephalopthie ontrafelen. Bovendien zal dit model gebruikt worden als een screening platform om een proof-of-concept studie uit te voeren voor RNA-interferentie met behulp van antisense oligonucleotiden als een gerichte behandelingsstrategie voor KCNQ3-GoF-Encephalopathie. Bij succes kan deze aanpak worden uitgebreid tot andere soorten neurologische ontwikkelingsstoornissen en geneesmiddelenonderzoek.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Opsporing van somatische mutaties en ziektebepalende methyleringspatronen in hersenweefsel en cerebrospinaal vocht van patiënten met niet-verworven focale epilepsie. 01/01/2023 - 31/12/2025

Abstract

Erfelijke factoren spelen een belangrijke rol bij patiënten met niet-verworven epilepsie, en het stellen van een genetische diagnose maakt meer gerichte behandelingskeuzes mogelijk. Bij twee derde van deze patiënten kan echter geen definitieve genetische diagnose gesteld worden. Studies van gereseceerd hersenweefsel van individuen met focale epilepsie wijzen op een belangrijke rol van pathogene somatische varianten en methylatie afwijkingen. De meeste epilepsiepatiënten ondergaan echter geen hersenoperatie, en het ontbreken van hersenweefsel maakt het zo onmogelijk een genetische en histopathologische diagnose te stellen. In dit project willen we aantonen dat celvrij DNA dat circuleert in cerebrospinaal vocht en serum van patiënten met focale epilepsie gebruikt kan worden om deze diagnostische kloof te overbruggen. Dit project zal nieuwe sequencing methodes ontwikkelen en valideren, die op hun beurt de weg vrijmaken voor een betere diagnose, classificatie en behandeling van de grote groep focale epilepsiepatiënten die geen epilepsiechirurgie ondergaan.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Vermindering van onchocerciasis-geassocieerde morbiditeit bij kinderen. 01/11/2022 - 14/11/2025

Abstract

Onchocerciasis, veroorzaakt door de worm Onchocerca volvulus, is nog steeds endemisch in Kameroen ondanks jaren gemeenschapsgerichte behandeling met ivermectine (CDTI). Suboptimale, en enkel jaarlijkse CDTI veroorzaakte een hoge prevalentie van onchocerciasis-geassocieerde huid-, oog- en neurologische ziekten. Kinderen die met O. volvulus geïnfecteerd zijn op de leeftijd van 5-12 jaar, lopen een verhoogd risico op het ontwikkelen van onchocerciasis-geassocieerde epilepsie (OAE). Daarenboven, veroorzaakt onchocerciasis tijdens de zwangerschap "parasiet tolerantie" bij de pasgeborene en het risico dat het kind een O. volvulus-infectie ontwikkelt met een hoog aantal wormen, wat kan leiden tot onchocerciasis-geassocieerde morbiditeit. Als hypothese stellen we dat onchocerciasis tijdens de zwangerschap een negatief effect heeft op de neuro-cognitieve ontwikkeling van het kind. We zullen dit onderzoeken door borst voedende moeders te rekruteren met en zonder onchocerciasis blootstelling tijdens de zwangerschap, en door de neuro-cognitieve evolutie van hun kinderen op de leeftijd van 12 en 24 maanden te evalueren. We zullen ook een ivermectine distributiestrategie in scholen (boven de jaarlijkse CDTI) evalueren die er moet voor zorgen dat 5-12-jarigen elke zes maanden ivermectine innemen, zodat ze worm- en ziektevrij zouden zijn. Door dit project beogen we interventies te ontwikkelen om het intellectuele kapitaal van kinderen in onchocerciasis-endemische gebieden te beschermen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Een multi-omics benadering voor de detectie van pathologische genetische en epigenetische lesies in epileptische encefalopathieën. 01/01/2022 - 31/12/2025

Abstract

De epileptische encefalopathieën (EE) zijn een groep van zeldzame en heterogene syndromen die worden gekenmerkt door vroeg optredende epilepsie met ernstige ontwikkelingsachterstand, die ongeveer 1 op de 2000 zuigelingen treft. Bij de meeste patiënten is de oorzaak een genetische variant met hoge impact die vaak de novo ontstaat, hoewel recessieve en X-gebonden overerving ook voorkomt. Standaard diagnostische praktijk met whole exome sequencing (WES) en chromosomale microarray kan echter pathogene varianten detecteren bij slechts 30-50% van de patiënten. We zullen een complementaire benadering gebruiken van long-read sequencing van het hele genoom (LR-WGS) en methyloom en transcriptomics op fibroblasten van een cohorte van 60 WES-negatieve EE-patiënten om te zoeken naar pathogene events die de resterende 50-70% van de EE-gevallen kunnen verklaren. Onze ervaring met LR-WGS van Nanopore zal ons in staat stellen om op betrouwbare wijze structurele genomische varianten of repetitieve elementen die oorzakelijk zijn in DEE te detecteren. Voor een subgroep van deze patiënten met nieuwe pathologische veranderingen zullen we onze bevindingen valideren in neuronaal weefsel door gebruik te maken van onze in-house ervaring met iPSC-afgeleide neurale culturen van patiënten. Onze multi-omics-benadering zal ons in staat stellen om nieuwe genetische en epigenetische laesies te correleren met specifieke verstorende effecten op splicing en genexpressie,

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Mutant allel inactivering en nieuwe kalium kanaal openers als gerichte behandelingsstrategieën voor KCNQ2 encefalopathie: validatie in neuronale culturen afgeleid van geïnduceerde pluripotente stamcellen. 01/01/2021 - 31/12/2024

Abstract

KCNQ2 encefalopathie (KCNQ2-E) is een ernstige epileptische aandoening met begin in de eerste levensmaand, die gekarakteriseerd wordt door therapie resistente epileptische aanvallen en ontwikkelingsachterstand. Het wordt veroorzaakt door mutaties in het gen KCNQ2, dat codeert voor een type kalium kanaal dat de prikkelbaarheid van de hersenen reguleert door als een "rem" te werken. Zowel een ernstig tekort, als een teveel aan kanaal functie resulteert in de ontwikkeling van KCNQ2-E. Epileptische aanvallen bij kinderen met KCNQ2-E reageren vaak weinig op anti-epileptische medicijnen, en vooral zijn er geen behandelingen die een invloed hebben op de ontwikkelingsproblemen van deze kinderen. In dit project willen we neuronale culturen gemaakt vanuit bloed van patiënten met KCNQ2-E gebruiken als een ziektemodel om veiliger en meer potente analoge van het geneesmiddel retigabine te testen. Deze druk werkt op KCNQ kanalen maar werd recent van de markt gehaald wegens neveneffecten. In parallel zullen we willen we het effect van RNA interferentie onderzoeken, een biologisch proces dat de expressie van een ziekmakende gen kopij kan verminderen. Gebruik makend van deze strategie willen we pre-klinische evidentie genereren voor twee verschillende types van gerichte behandelingen die het potentieel hebben om zowel de epilepsie als de ontwikkelingsproblemen van KCNQ2-E te verbeteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multidimensionale analyse van het zenuwstelsel bij gezondheid en ziekte (µNeuro). 01/01/2020 - 31/12/2025

Abstract

Neuropathologie is een interdisciplinair onderzoeksveld waarbij beeldvorming en beeldgestuurde interventies onmisbaar geworden zijn. De snelle groei van diepgravende onderzoekstechnologieën en de verschillende schalen waarop deze werken, hebben echter geleid tot een knelpunt op het niveau van integratie, enerzijds van de verschillende beeld datasets onderling, en anderzijds van de multimodale beeldinformatie met omics-afgeleide en klinische gegevensbanken. Om te voldoen aan de groeiende nood voor holistische interpretatie van multischaal- (molecule, cel, organ(oid), organisme) en meerlagige (beeldvorming, omica, chemo-fysisch) informatie over de (dys)functie van het centraal en perifeer zenuwstelsel, stellen we μNEURO voor, een consortium dat bestaat uit 8 gevestigde teams met complementaire expertise in neurologie, biomedische en microscopische beeldvorming, elektrofysiologie, functionele genetica and geavanceerde data analyse. Het doel van μNEURO is om neuropathologisch onderzoek te stimuleren en nieuwe pathogene mechanismen te identificeren die betrokken zijn bij neuro-ontwikkelings- and -degeneratieve aandoeningen (bvb., Alzheimer's ziekte, epilepsie, Charcot-Marie-Tooth) en dit op een cel-tot-organisme brede schaal. Het verwerken van grote spatiotemporele beeld data en de cross-correlatie van multimodale beelden met gerichte verstoringen staat centraal. Bovendien zal de inclusie van (pre) klinische teams de vertaling naar een klinische setting versnellen en toelaten klinische gevallen te doorgronden met behulp van dier- en cellulaire modellen. Als kenniscentrum voor neuro-georiënteerde beeldomica bevordert μNEURO vooruitgang voor de universiteit en de gemeenschap, waaronder i) nieuwe inzichten in moleculaire pathways van aandoeningen van het zenuwstelsel; ii) nieuwe hulpmiddelen en modellen die uitgebreide experimenten en integrale analyse mogelijk maken; iii) verbeterde translationele pipeline voor ontwikkelen en validatie van nieuwe diagnostische biomarkers en therapeutische chemische samenstellingen; iv) verbeterde zichtbaarheid, samenwerking en internationaal gewicht en concurrentievoordeel voor grote multi-partner onderzoeksprojecten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Studie van het natuurlijk ziekteverloop van STXBP1-Ontwikkelings- en Epileptische Encefalopathie tot op volwassen leeftijd 19/04/2023 - 18/04/2024

Abstract

Dit is een prijs voor de studie die resulteerde in het manuscript "Natural History Study of STXBP1-Developmental and Epileptic Encephalopathy Into Adulthood" gepubliceerd in Neurology 2022;99:e221-e233. doi:10.1212/WNL.0000000000200715

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

VIB-Beoordeling en kwantificering van loopproblemen bij patiënten met STXBP1-gerelateerde aandoeningen met behulp van driedimensionale ganganalyse. 01/02/2023 - 31/01/2024

Abstract

STXBP1-gerelateerde stoornis (STXBP1-RD) is een zeldzame neurologische ontwikkelingsstoornis veroorzaakt door pathogene varianten in STXBP1. Hoewel de aandoening aanvankelijk werd beschreven als gekarakteriseerd door aanvallen en verstandelijke beperking (ID), is het fenotypische spectrum aanzienlijk verbreed en omvat het nu ID zonder aanvallen, gedragsproblemen en een reeks bewegingsstoornissen. Tot op heden is de behandeling grotendeels beperkt tot aanvalscontrole. Onlangs toonden we aan dat motorische problemen, waaronder loopafwijkingen, aanwezig zijn bij 90% van de volwassenen met STXBP1-RD, wat bijdraagt aan de hoge mate van functionele afhankelijkheid. De motorische problemen zijn complex, wat wijst op betrokkenheid van meerdere systemen. Tot nu toe is er geen gestructureerd of prospectief onderzoek van de motorische functie uitgevoerd bij STXBP1-RD en dit wordt weerspiegeld door een gebrek aan richtlijnen voor motorische revalidatie van individuen met STXBP1-RD. In dit project streven we ernaar om: (1) geïnstrumenteerde 3D ganganalyse uit te voeren bij 30 patiënten (20 kinderen en 10 volwassenen) met STXBP1-RD (2) ganganalyses aan te vullen met gevalideerde vragenlijsten gericht op functionele mobiliteit, gestructureerd klinisch neurologisch onderzoek en EEG, (3) de verkregen gegevens te gebruiken om de loopstoornissen te karakteriseren die worden gezien bij STXBP1-RD, en richtlijnen te ontwikkelen voor motorische revalidatie, en (4) de optimale parameters te definiëren voor een grotere prospectieve studie die we vervolgens zullen opzetten binnen het Europese STXBP1 Consortium (ESCO). Met verschillende klinische studies in het verschiet die potentiële ziektemodificerende therapieën voor STXBP1-RD onderzoeken, zijn we ervan overtuigd dat onze studie een grote bijdrage zal leveren aan de identificatie van relevante en kwantificeerbare niet-aan epilepsie gerelateerde eindpunten met betrekking tot de motorische functie, een cruciale stap voor succesvolle klinische studies.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Uitgebreide fenotypering van humane neruo-organoïden via deep learning. 01/11/2022 - 31/10/2024

Abstract

Identificatie van ziektemechanismen en nieuwe therapeutische doelen berust op het gebruik van celcultuur en diermodellen. Terwijl eerstgenoemde sterk vereenvoudigd zijn, zijn de laatstgenoemde niet menselijk en ethisch betwist. Suboptimale modellen aan de ontdekkingszijde zullen onvermijdelijk leiden tot een groter verlies van leads in klinische trials. Met de komst van humane geïnduceerde pluripotente stamcel technologie, is het nu mogelijk om organoïden te genereren die een deel van de heterogeniteit en driedimensionale context van menselijk weefsel getrouwer recapituleren. Verschillende onderzoeksgroepen aan de Universiteit Antwerpen (UA) erkennen het potentieel hiervan en hebben uiteenlopende organoïdeculturen geïmplementeerd, in het bijzonder voor neurowetenschappelijk onderzoek. Biologische variabiliteit en het onvermogen om deze stalen op cellulair niveau met hoge doorvoer te karakteriseren, belemmeren echter hun integratie in een routine setting. Daarom hebben we de ambitie om een holistische oplossing te ontwikkelen die objectieve cellulaire fenotypering van intacte neuro-organoïden mogelijk maakt door een combinatie van fluorescente kleuringen, geavanceerde microscopie en artificiële intelligentie (AI).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Ontwikkeling van neuro-immune hersenorganoïden als een platform voor onderzoek naar neurodegeneratieve en neurologische ontwikkelingsziekten. 01/11/2022 - 31/10/2024

Abstract

In de afgelopen tien jaar zijn organoïden naar voren gekomen als een aantrekkelijke middenweg tussen 2D-celculturen, die de 3D-omgeving niet volledig recapituleren, en diermodellen, die technische en ethische grenzen stellen. Met name cerebrale organoïden zijn in opkomst als de volgende stap in patiënt-afgeleide in vitro modellen voor zowel neurologische als neurodegeneratieve ziekten. Cerebrale organoïden zijn echter meestal gebaseerd op alleen neuronale cellen, terwijl er steeds meer aanwijzingen zijn dat de rol van niet-neuronale typen (microglia, astrocyten, endotheelcellen) in deze omstandigheden van cruciaal belang is. Integratie van deze celtypes zal de in vivo cellulaire omgeving in gezondheid en ziekte beter nabootsen en vormt de grootste uitdaging van dit project. De gevestigde neuro-immune organoïdetechnologie zal een breed scala aan toepassingen vinden als modellen voor het bestuderen van fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan cellulaire biologie en genetische pathofysiologie, evenals voor efficiënte screening van geneesmiddelen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

VIB-Preklinische beeldvormingsbiomarkers van neurologische ontwikkelingsstoornissen in een muismodel van KCNQ2-ontwikkelings- en epileptische encefalopathie. 02/01/2022 - 01/12/2024

Abstract

KCNQ2-ontwikkelings- en epileptische encefalopathie (OEE) is een ernstige neurologische ontwikkelingsstoornis, gekenmerkt door neonatale epilepsie en globale vertraagde ontwikkeling. Het is een van de meest voorkomende OEE's, veroorzaakt door pathogene varianten in het gen KCNQ2, dat codeert voor een spanningsafhankelijke subeenheid van kaliumkanalen. Er zijn momenteel geen behandelingen beschikbaar die de neurologische ontwikkeling significant beïnvloeden. In dit project beogen we de belangrijkste hindernis in de ontwikkeling van nieuwe therapieën te overbruggen: de afwezigheid van vroege kwantificeerbare biomarkers van neurologische ontwikkelingsstoornissen (NOS). Om dit doel te bereiken, zullen we functionele MRI in rusttoestand (rs-fMRI) en positronemissietomografie (PET) gebruiken als niet-invasieve, longitudinale functionele beeldvormingstechnieken in wildtype muizen en in een gevestigd muismodel van KCNQ2-OEE om preklinische biomarkers van NOS te identificeren, omdat wordt aangenomen dat identificatie van veranderingen in functionele connectiviteit, gemeten met behulp van rs-fMRI, en in synaptische densiteit, gemeten met behulp van PET-beeldvorming, veelbelovende biomarkers van cognitieve functie zijn. Vervolgens zullen we het effect bestuderen van de eerste precisietherapie van KCNQ2-OEE, de kaliumkanaalopener retigabine, op de gevestigde biomarkers in hetzelfde muismodel, en dit correleren met de impact ervan op cognitie prestaties op volwassen leeftijd. Dit onderzoeksproject zal het eerste in zijn soort zijn om biomarkers van NOS te identificeren, die kunnen worden gebruikt voor toekomstige validatie van nieuwe therapieën in KCNQ2-OEE. Validatie van het gebruik van functionele beeldvorming in een knaagdiermodel van DEE zou verder het nodige preklinische bewijs leveren om studies bij (jonge) patiënten te rechtvaardigen voor latere vertaling naar de klinische setting. Indien succesvol, kan onze aanpak worden toegepast op andere OEE's en neurologische ontwikkelingsstoornissen in het algemeen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Gerichte behandeling voor KCNQ gerelateerde encefalopathieën: retigabine analogen, repurposed medicatie, en allel-specifieke reductie van expressie (TREATKCNQ). 01/04/2021 - 31/03/2024

Abstract

KCNQ-geassocieerde encefalopathieën (KCNQ-E) zijn een groep van ernstige epilepsieën met aanvang in de eerste levensmaanden, gekenmerkt door therapieresistente aanvallen en ontwikkelingsachterstand. Ze worden veroorzaakt door mutaties in genen die coderen voor spanningsafhankelijke kaliumkanalen die verantwoordelijk zijn voor de M-stroom, die een cruciale rol speelt bij de regulering van neuronale prikkelbaarheid. Zowel een ernstig gebrek als een overmatige kanaalfunctie kan resulteren in de ontwikkeling van KCNQ-E. Aanvallen bij kinderen met KCNQ-E reageren vaak slecht op anti-epileptica, en wat nog belangrijker is, therapieën voor ontwikkelingsproblemen zijn momenteel niet beschikbaar. Met het doel om verbeterde therapieën voor KCNQ-E te ontwikkelen, zullen we een consortium van onderzoekers oprichten met expertise in KCNQ-gerelateerde pathologie en medicijnontwikkeling, en toegang tot een reeks ziektegerelateerde testen en modellen, zoals op fluorescentie gebaseerde testen van kaliumflux in cellen, knaagdier- en humane neuronale culturen die KCNQ-mutaties tot expressie brengen, en muizen die de kenmerken van KCNQ-E modelleren. We zullen veiligere en krachtigere analogen van retigabine ontwerpen en testen, een medicijn dat werkt op KCNQ-kanalen maar onlangs van de markt is gehaald vanwege bijwerkingen, en we zullen high-throughput drugsscreening uitvoeren om nieuwe openers en blokkers van KCNQ-kanalen te identificeren. Tegelijkertijd zullen we het behandelingspotentieel van RNA-interferentie bestuderen met behulp van allelspecifieke antisense oligonucleotiden, een biologisch proces dat kan worden benut om de expressie van een ziekteverwekkende genkopie te verminderen. We verwachten preklinisch bewijs te leveren voor verschillende soorten gerichte behandelingen die het ontwikkelingsresultaat van KCNQ-E kunnen verbeteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De verborgen genetica van Epileptische Encephalopathieën: een multi-omics aanpak. 01/10/2020 - 30/09/2024

Abstract

De Epileptische Encephalopathieën (EE) zijn een klinisch en etiologisch heterogene groep van aandoeningen die gekenmerkt worden door epileptische aanvallen met vroege onset, en ontwikkelingsvertraging. Meestal hebben zij een genetische oorzaak, maar hoewel er intussen > 100 EE genen gekend zijn, blijft de genetische diagnose bij ongeveer 50% van de kinderen onbekend ondanks het uitvoeren van whole exome sequencing (WES). Onze hypothese is dat niet-coderende en synonieme varianten in het genoom een disruptief effect kunnen hebben op gen expressie, niet alleen door een direct effect op transcriptie, maar ook door DNA methylatie te beïnvloeden. Door een complementaire set van genoom-, transcriptoom en methyloom data te genereren voor een cohorte van goed gekarakteriseerde trio WES negatieve EE patiënten, willen we niet alleen de diagnostische kloof in EE dichten, maar ook kennis bijdragen over de impact van genomische variatie op de regulatie van gen expressie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multiwell Micro-Electrode Array (MEA): een brug naar highthroughput elektrofysiologie. 01/05/2020 - 30/04/2024

Abstract

Dit project voorziet een upgrade van de huidige elektrofysiologie technologieën aan de Universiteit Antwerpen door de aankoop van een state-of-the-art Multi-Electrode Array (MEA) platform. Patch-clamping is de huidige gouden standaard voor de studie van de elektrofysiologie van exciteerbare cellen maar is een uiterst arbeidsintensieve en invasieve techniek, die slechts korte termijn metingen van individuele cellen toelaat. MEAs daarentegen voorzien high-throughput, niet-invasieve, longitudinale metingen van functionele cel-netwerken zonder verstoring van belangrijke cel-cel contacten en onderzoeken dus een fysiologisch meer relevant model. Bovendien laat het multiwell aspect toe dat er verschillende celculturen onder verschillende condities onderzocht kunnen worden. Dit geeft ook de opportuniteit om "drug library" screeningen uit te voeren. Gebaseerd op deze voordelen, zijn MEA platformen uitermate geschikt voor de pathomechanistische studie van neurologische en cardiovasculaire aandoeningen door middel van specifieke assays voor het bestuderen van (1) cardiale activiteit: meting van veld- en actiepotentialen van (iPSC-)hartspiercellen voor studie van de vorm, conductie en aritmie; (2) neuronale activiteit met belangrijke parameters: actiepotentiaal activiteitsgraad, synchroniciteit als maat voor synaps-sterkte, oscillatie voor karakterisatie van de neuronale organisatie; (3) (iPSC)-vasculaire gladde spier contractiliteit op basis van impedantie-veranderingen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Interactief en intelligent cellomica platform. 01/05/2020 - 30/04/2024

Abstract

Cruciale inzichten in cel- en ontwikkelingsbiologie zijn te danken aan technologie om levende cellen te visualiseren. Uit de groeiende complexiteit van cellulaire modellen en de precisie waarmee ze genetisch gemanipuleerd kunnen worden, volgt de nood aan meer geavanceerde microscopie. Kort samengevat vraagt modern, overkoepelend celonderzoek (ofte cellomica) lichtefficiënte, intelligente en interactieve beeldvormingsmethoden. Om deze gedeelde nood in te vullen, heeft ons consortium een innovatief platform geïdentificeerd dat snelle, minimaal invasieve visualisatie mogelijk maakt van kleine tot middelgrote stalen (cellen tot organoïden) aan hoge resolutie, zodat processen in beeld gebracht kunnen worden die reiken van voltage fluctuaties tot opeenvolgende celdelingen. Om enkel de relevante biologie te visualiseren – en daardoor ook een hogere doorvoer te verzekeren – is het systeem uitgerust met online beeldherkenning. En, om gerichte verstoringen mogelijk te maken, zoals lokale beschadiging of optogenetische activatie, kunnen kleine regio's selectief in het beeldveld belicht worden. Dankzij een dergelijke controle wordt het mogelijk om (sub-)cellulaire processen met ongekend detail te bestuderen. Het platform zal aangewend worden in verscheidene speerpuntonderzoeksvelden, waaronder neurowetenschappen, cardiovasculair onderzoek en infectieziekten, waardoor het een onmisbare aanwinst betekent voor de aanvragers, de microscopie kernfaciliteit en de Universiteit van Antwerpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Verbetering van diagnostiek en zorg voor kinder epilepsieën en hun frequente comorbiditeiten in Tanzania (Joint-COE) 01/01/2020 - 31/08/2022

Abstract

Kinder epilepsieën (KE) zijn een belangrijke oorzaak van morbiditeit op kinderleeftijd in Sub-Saharisch Africa (SSA), en gaan vaak gepaard met ontwikkelingsproblematiek zoals verstandelijke beperking (VB). De behandelingskloof in SSA bereikt de 80% en het stigma dat gepaard gaat met zowel epilepsie als VB vergroot verder de impact voor zowel kinderen als zorgverleners. Genetische factoren spelen een grote rol in KE, maar toegang tot genetische diagnostiek is onbestaande in Tanzania. In dit project zullen we 1) de onderzoekscapaciteit rond KE vergroten in Tanzania door een onderzoeksgroep te creëren die neurologen en PhD studenten ondersteunt in het ontwikkelen van onderzoeksprotocollen rond KE in Tanzania, en 2) de levenskwaliteit van kinderen met epilepsie in Tanzania verbeteren door a)diagnostiek en zorg te verbeteren door onderwijs te versterken en lokaal genetische diagnostiek op te zetten; b) de behandelingskloof verkleinen door educatie van zorgverleners; c) de toegang en kwaliteit van community-based revalidatie programma's verbeteren

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Onderzoek en ontwikkeling van precisie behandelingen voor epileptische encephalopathieën, gebruik makend van 2D en 3D neuronale culturen ontwikkeld uit humane geïnduceerde pluripotente stamcellen. 01/01/2020 - 31/12/2020

Abstract

We zullen 2D en 3D hiPSC-derived neuronale culturen ontwikkelen, startend van patienten materiaal. Hiermee willen we epileptische encefalopathieën (EE) modellen, zoals KCNQ2 encefalopathie, en karakteriseren gebruik makend van elektrofysiologische en high-content beeldvorming technieken. Door te vergelijken met neuronale culturen van controle personen en personen met milderen vormen van gen-specifieke EEs kunnen we differentiëren tussen epileptische en ontwikkelingskenmerken. We verwachten dat dit ons inzichten gaat geven in de biologische basis van de neuronale ontwikkelingsproblemen die bij deze aandoeningen gezien worden. In een tweede stap zullen we ons toeleggen op het ontwikkelen van precisie behandelingen voor EEs, en zullen we proof of concept bieden voor silencing van het mutante allel als behandelingsstrategie voor een selectie van EEs, startende met KCNQ2-encefalopathie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Versterken van de expertise van Sfax Universiteit in diagnose en behandeling van epileptische encefalopathieën (SEED). 01/10/2019 - 31/01/2023

Abstract

Epileptische encefalopathieen (EE) zijn heterogene epilepsy syndromen die geassocieerd zijn met ernstige cognitieve problemen. EE variëren in beginleeftijd, aanvalstypes, EEG patronen en etiologie. Nieuwe moleculaire technologieën hebben de opbrengst van genetisch onderzoek substantieel doen toenemen. Dit SEED project zal, in lijn met richtlijnen van de EU en de voorwaarden van Twinning projecten, Sfax University (SU) ondersteunen in het verwerven van excellentie en innovatie op vlak van vroege klinische en genetische diagnose van EE, en dit dankzij de collaboratie met Aix Marseille University (AMU) and University of Antwerp (UA), twee internationale expertise centra voor de diagnose van EE.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Targeted therapie voor KCNQ2-encefalopathie: selectieve silencing van het mutante allel. 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

KCNQ2-encefalopathie (KCNQ2-E) is een ernstige vorm van epilepsie, gekenmerkt door neonatale epileptische aanvallen en ontwikkelingsvertraging. De aandoening wordt veroorzaakt door mutaties in KCNQ2. Zoals ook in andere epileptische encefalopathieen (EEs), alle huidige behandelingen zijn gericht op onderdrukken van epilepsie, hoewel de ontwikkelingsproblemen een minstens even grote impact hebben op levenskwaliteit. Er is dus een grote nood aan nieuwe therapieën gericht op behandeling van beide aspecten van de aandoening. Wij zullen een proof of concept studie uitvoeren rond RNA interference als behandelingsstrategie voor KCNQ2-E, gebruik makend van 2D neuronale cel culturen afkomstig van humane iPSC. Gezien KCNQ2-E wordt veroorzaakt door dominant negatieve of gain-of-functie mutaties, en geweten is dat haploinsufficiency leidt tot een benigne neonatale epilepsie met normale ontwikkeling (Benigne Familiale Neonatale Epilepsie, KCNQ2-B), lijkt specifieke silencing van het mutante allel een veelbelovende behandelingsoptie. Gebruik makend van mutant specifieke short hairpin RNAs, willen we de elektrofysiologische karakteristieken van KCNQ2-E culturen omzetten in de karakteristieken van KCNQ2-B. Tevens zullen we brain organoids genereren om meer precies de ontwikkelingsproblemen in KCNQ2-E te bestuderen, en een meer gespecialiseerd screenings model aan te leveren voor toekomstige therapieën. Onze methodes zullen uitgebreid kunnen worden naar meerdere andere EEs met gelijkaardige mutatie mechanismen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Allel specifieke inactivering van mutant KCNQ2 als een precisie behandeling voor KCNQ2 encefalopathie: een in vitro proof of concept studie. 01/10/2018 - 30/09/2023

Abstract

Epilepsie is de vierde meest frequente neurologische aandoening die wereldwijd meer dan 50 miljoen mensen treft. De epileptische encephalopathieën (EE) zijn een heterogene subgroep van ernstige epilepsieën met vroege aanvangsleeftijd en worden gekenmerkt door het voorkomen van therapie-resistente aanvallen en een vertraging of achteruitgang van de ontwikkeling. De meerderheid van de EEs hebben een mongene basis en recente doorbraken in gen identificatie hebben in belangrijke mate bijgedragen tot nieuwe inzichten in de neurobiologie van deze aandoeningen. KCNQ2 encephalopathie wordt veroorzaakt door mutaties in het KCNQ2 gen zoals aangetoond door onze onderzoeksgroep. Het is het prototype en de meest frequente vorm van EE met aanvang in de neonatale periode. De epileptische aanvallen die bij dit syndroom voorkomen beantwoorden doorgaans weinig aan de beschikbare anti-epileptica. Nog belangrijker is de vaststelling dat er geen behandelingen bestaan die de problemen in de ontwikkeling van het zenuwstelsel beïnvloeden. In dit project beogen we een gerichte behandeling te ontwerpen die het potentieel heeft de ontwikkeling te verbeteren.van deze patiëntjes. In neuronale culturen afkomstig van bloedcellen van enkele patiëntjes met KCNQ2 encephalopathie zullen we nagaan of een behandeling met RNA interferentie er in slaagt de expressie van gemuteerde KCNQ2 subunits tte onderdrukken wat een gunstig effect zou moeten geven op de epilepsie en neurologische ontwikkelingsstoornissen. Bij succes kan deze aanpak ook gebruikt worden bij andere, gelijkaardige aandoeningen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Onderzoek van de mechanismen die aan de basis liggen van de ontwikkelingsvertraging in KCNQ2 encefalopathie, gebruik makende van hersen-organoids. 01/10/2018 - 30/09/2022

Abstract

Epilepsie is een van de meest voorkomende neurologische aandoeningen, bestaande uit recurrente epileptische aanvallen. KCNQ2 encefalopathie (KCNQ2-E) is een ernstig subtype, gekenmerkt door epileptische aanvallen beginnend in de eerste weken na de geboorte, en ernstige ontwikkelingsachterstand waarvoor geen behandeling bestaat. De aandoening wordt veroorzaakt door een mutatie in het gen KCNQ2, coderend voor een kalium kanaal in de hersenen dat uitermate belangrijk is voor de communicatie en ontwikkeling van hersencellen. In dit project willen we onderzoeken wat de exacte oorzaak is van de ontwikkelingsproblemen in KCNQ2-E. Dit blijft totnogtoe onduidelijk, en lijkt op zijn minst gedeeltelijk los te staan van de epileptische activiteit in de hersenen. Als model zullen we gebruik maken van hersen organoids. Dit zijn 3D structuren afgeleid van pluripotente stam cellen van patienten, die het foetale brein in vitro modellen. Hersen organoids zijn het ideale model voor dit project, gezien de meer complexe cel-interacties vergeleken met 2D neuronale culturen. Bovendien reproduceren zij ook menselijke hersenstructuren die niet aanwezig zijn in diermodellen. De hersen organoids zullen morfologisch en elektrofysiologisch gekarakteriseerd worden, en vergeleken worden met controle organoids, met het uiteindelijke doel om de mechanismen in kaart te brengen die aan de basis liggen van de ontwikkelingsproblemen. Zo zullen we een potent readout system ontwikkeling voor toekomstige therapeutische studies.

Onderzoeker(s)

  • Promotor: Weckhuysen Sarah
  • Co-promotor: Giugliano Michele
  • Mandaathouder: Smal Noor

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

VIB-Sophie prijs voor jonge KCNQ2 onderzoekers. 22/06/2018 - 31/12/2018

Abstract

KCNQ2 encefalopathie is een ernstig neonataal epilepsie syndroom, dat gepaard gaat met verstandelijke beperking. De aandoening wordt veroorzaakt door de novo mutaties in een gen dat codeert voor een subunit van een spanningsafhankelijk kalium kanaal, KCNQ2. Epileptische aanvallen komen zeer frequent voor, en zelfs wanneer ze onder controle komen met anti-epileptica, zijn kinderen steeds ernstig mentaal geretardeerd. Deze prijs werd toegekend door de KCNQ2 encefalopathie patienten organisatie, om de pathomechanismen van deze ernstige aandoeningen te onderzoeken, met het uiteindelijk doel om betere behandelingen te ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Indentificatie van nieuwe ziektegenen in zeldzame broer/zus paren met epileptische encefalopathieën. 01/04/2018 - 31/03/2019

Abstract

Epilepsie is de vierde meest frequente neurologische aandoening, die wereldwijd meer dan 50 miljoen mensen treft. Hoewel aanvallen bij 70% van de patiënten goed onder controle komen, beantwoordt een derde van de patiënten niet aan de bestaande anti-epileptische behandelingen. Het kennen van de onderliggende oorzaken en mechanismen van epilepsie is een belangrijke stap in de ontwikkeling van nieuwe behandelingsstrategieën. De epileptische encefalopathieën (EEn) zijn een heterogene subgroep van ernstige epilepsieën met begin in de eerste levensjaren, welke worden gekenmerkt door refractaire epileptische aanvallen en ontwikkelingsstagnatie of -achteruitgang. De meeste EEn hebben een monogenische oorzaak, en recente ontwikkelingen in genetische diagnostiek hebben onze neurobiologische inzichten in deze aandoeningen sterk doen toenemen. Niettemin blijft de genetische oorzaak bij 60-70% van de EEn nog steeds onbekend. In dit project zullen we whole exome sequencing uitvoeren op een collectie van zeer zeldzame aangetaste broer/zus paren waarbij gekende genetische oorzaken vooraf werden uitgesloten. Zo willen we nieuwe genen voor EE identificeren, het diagnostisch proces verbeteren, en de onderliggende mechanismen beter leren begrijpen. Dit is cruciaal voor de ontwikkeling van nieuwe gerichte behandelingen, een broodnodige opdracht voor deze ernstige aandoeningen die zeer therapieresistent zijn.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multi-disciplinaire aanpak om epilepsie veroorzaakt door onchocercose te bestrijden in Mahenge, Morogoro regio in Tanzania 01/01/2018 - 31/08/2022

Abstract

Ondanks het gebruik van ivermectine (IVM) eenmaal per jaar voor de beheersing van onchocerciasis (oncho) (= rivierblindheid) in Mahenge Tanzania, blijft de prevalentie van oncho en epilepsie hoog. Er is toenemend bewijs dat epilepsie een complicatie van oncho is en dat de behandeling van oncho niet alleen blindheid kan elimineren, maar ook epilepsie kan verminderen. Ons voorgestelde project heeft tot doel: 1) de multidisciplinaire onderzoekscapaciteit voor de preventie van oncho en epilepsie in Tanzania te versterken. We zullen een oncho-geassocieerde epilepsie (OAE) -onderzoeksgroep opzetten om een master- en een PhD-student te ondersteunen bij de ontwikkeling van onderzoeksprotocollen gericht op OAE in de Mahenge-regio; 2) de prevalentie van oncho en de incidentie van epilepsie in het Mahenge-gebied verminderen door: a) een bewakingssysteem op te zetten voor een vroege diagnose van epilepsie; b) versterking en implementatie van een effectieve gemeenschapsverdeling van IVM; 3) Evidence-based richtlijnen invoeren om OAE te behandelen door lokale gezondheidswerkers op te leiden; 4) een programma ontwikkelen om epilepsie-geassocieerd stigma en discriminatie in de gemeenschap te verminderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject