In onze samenleving kampt een op de vier mensen met een hersenaandoening. ‘Van veel hersenstoornissen is nog steeds weinig bekend welke moleculaire mechanismen er aan ten grondslag liggen’, vertelt consortiumleider Inge Huitinga, bijzonder hoogleraar Neuroimmunologie aan de UvA en hoofd van de Neuroimmunologie-onderzoeksgroep van het Nederlands Herseninstituut (NIN-KNAW). ‘De relatie tussen veranderingen in het hersenweefsel en de symptomen van patiënten is erg complex. We weten niet goed welke soorten cellen, welke hersennetwerken en welke moleculaire processen de psychiatrische symptomen en klachten van patiënten met een hersenziekte veroorzaken. Sommige symptomen komen bij verschillende aandoeningen voor en het klinische plaatje kan er per patiënt heel anders uitzien. Iemand kan bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer of frontotemporale dementie hebben, maar ook depressieve klachten ontwikkelen. Dat kan leiden tot verkeerde diagnoses.’

Neurobiologie, scheikunde én AI

‘We denken dat deze psychiatrische symptomen verband houden met veranderingen die optreden op het niveau van individuele cellen of structuren binnen cellen, waardoor hersennetwerken in verschillende hersengebieden verstoord raken’, zegt Paul Lucassen, hoogleraar Plasticiteit van het brein aan de UvA. ‘De plek waar zenuwcellen en steuncellen elkaar ontmoeten, de zogenoemde synaps-glia interface, is heel belangrijk. Met bijvoorbeeld hersenscans zijn veel globale veranderingen in hersenweefsel al in kaart gebracht, maar die technieken zijn niet gevoelig genoeg om te zien wat er op superkleine schaal gebeurt in de cellen. Als je niet weet weke cellen en welke moleculen veranderen, kun je de veranderingen ook niet terugdraaien.'

Maar ondertussen zijn in de scheikunde en de moleculaire biologie allerlei veelbelovende technieken ontstaan, zoals single cell transcriptomics, (chemische) proteomics, geavanceerde microscopie en ‘klikchemie’. Die kunnen het onderzoek naar het menselijk brein wezenlijk gaan veranderen. Binnen iCNS slaan neurobiologen, psychiaters, datawetenschappers en scheikundigen daarom de handen ineen.

Menselijk materiaal

In tegenstelling tot traditioneel hersenonderzoek beginnen de onderzoekers in iCNS met menselijk hersenmateriaal van de Nederlandse Hersenbank (NHB). Daarnaast zetten ze een biobank op met hersenvloeistof en plasma van levende patiënten met een hersenaandoening. De moleculaire hersenatlas wordt gemaakt met behulp van zogenoemde multi-omics, waarmee in groot detail zestien belangrijke hersengebieden van neuropsychiatrische aandoeningen bestudeerd gaan worden. Met nieuwe computerbenaderingen, machine learning-modellen, gaan de onderzoekers de multi-omics data aan de psychiatrische symptomen koppelen van zo’n 3.000 NHB-donoren.

Huitinga: ‘Daarna kunnen we met innovatieve chemische methoden kijken wat er bij bepaalde symptomen is veranderd en hoe we dat kunnen beïnvloeden of corrigeren in in vitro-en in vivo-modelsystemen, zoals hersenorganoïden.

Grensverleggende inzichten

Lucassen: ‘Met de hersenatlas kunnen we straks precies zien welke cellen en moleculen in de hersenen veranderd zijn bij bijvoorbeeld symptomen als angst, vergeetachtigheid, impulsiviteit of depressie. We verwachten dat we op basis daarvan innovatieve diagnostische biomarkers kunnen ontwikkelen voor de diagnose, prognose, en uiteindelijk behandeling van de hersenaandoeningen waar zo veel mensen aan lijden.’

Peter-Paul Verbeek, rector magnificus van de UvA: ‘De samenleving staat voor grote uitdagingen als het gaat om onze mentale gezondheid. De grootschalige en interdisciplinaire aanpak van het nieuwe Institute for Chemical Neuroscience, die mogelijk wordt gemaakt door de Zwaartekracht-financiering, kan tot grensverleggende inzichten gaan leiden en die zijn hard nodig.’

Consortium

De Raad van Bestuur van iCNS wordt gevormd door: Inge Huitinga (NIN/UvA), Paul Lucassen (UvA), Mario van der Stelt (Universiteit Leiden), Bart Eggen (UMC Groningen), Lot de Witte (Radboudumc) en Maarten Kole (NIN/Universiteit Utrecht). De onderzoeksleiders van de deelprojecten zijn: Jörg Hamann (Amsterdam UMC), Inge Holtman (UMC Groningen), Ahmed Mahfouz (LUMC), Sander van Kasteren (Universiteit Leiden), Aniko Korosi (UvA) en Femke de Vrij (Erasmus MC). Zowel Huitinga, als Lucassen en Korosi zijn verbonden aan het Swammerdam Institute for Life Sciences.

Ruim 160 Miljoen

In totaal ontvangen in deze ronde van het Zwaartekracht-programma zeven consortia met topwetenschappers van verschillende Nederlandse universiteiten financiering voor hun onderzoeksprojecten. Bij elkaar wordt 160,5 miljoen euro toegekend. Naast een zwaartekrachtsubsidie voor het onderzoek naar een hersenatlas, nemen UvA-wetenschappers deel in drie andere consortia. Het gaat om onderzoeksprojecten naar cybersecurity, electrochemie voor de energietransitie en de inzet van AI voor het ontwerpen van therapieën tegen blindheid.

Over Zwaartekracht

Met het Zwaartekracht-programma kunnen onderzoekers gedurende tien jaar universitair toponderzoek doen en multidisciplinair samenwerken. Een van de pijlers van het programma is dat over disciplines en universiteiten heen wordt samengewerkt. De wetenschappers zetten gezamenlijk, in consortia, excellente wetenschappelijke onderzoeksprogramma’s op. Doel van Zwaartekracht is het bevorderen van zwaartepuntvorming van internationaal topniveau. Het programma Zwaartekracht wordt in opdracht van het ministerie van OCW uitgevoerd door NWO.