Investeren in Nobelprijsprestaties – Neuronen & Hersenenarchitectuur

Geschiedenis van de Nobelprijs

De Nobelprijs is de meest prestigieuze onderscheiding in de wetenschappelijke wereld. Het werd opgericht volgens de wil van de heer Alfred Nobel om een prijs toe te kennen “aan degenen die gedurende het voorgaande jaar de grootste voordelen voor de mensheid hebben behaald” in de fysica, scheikunde, fysiologie of geneeskunde, literatuur en vrede. Later werd een zesde prijs gecreëerd voor economische wetenschappen door de Zweedse centrale bank.

De beslissing over aan wie de prijs wordt toegekend, ligt bij meerdere Zweedse academische instellingen.

Erfeniszorgen

De beslissing om de Nobelprijs te creëren kwam bij Alfred Nobel nadat hij zijn eigen overlijdensbericht had gelezen, na een fout van een Franse krant die het nieuws over de dood van zijn broer verkeerd begreep. Met de titel “De Handelaar in de Dood is Dood” beschuldigde het Franse artikel Nobel van zijn uitvinding van rookloze explosieven, waarvan dynamiet de bekendste was.

Zijn uitvindingen waren zeer invloedrijk bij het vormgeven van de moderne oorlogsvoering, en Nobel kocht een enorme ijzer- en staalfabriek om deze om te vormen tot een grote wapenfabrikant. Omdat hij eerst chemicus, ingenieur en uitvinder was, besefte Nobel dat hij niet wilde dat zijn erfenis zou bestaan uit een man die herinnerd wordt omdat hij een fortuin verdiende met oorlog en de dood van anderen.

Nobelprijs

Tegenwoordig wordt Nobel’s fortuin bewaard in een fonds dat belegd is om inkomsten te genereren ter financiering van de Nobelstichting en de vergulde groene gouden medaille, het diploma en de geldprijs van 11 miljoen SEK (ongeveer $1 miljoen) die aan de winnaars wordt toegekend.

Bron: Britannica

Vaak wordt het Nobelprijsgeld verdeeld over meerdere winnaars, vooral in wetenschappelijke vakgebieden waar het gebruikelijk is dat 2 of 3 toonaangevende figuren samen of parallel bijdragen aan een baanbrekende ontdekking.

In de loop der jaren is de Nobelprijs DE wetenschappelijke prijs geworden, die probeert een balans te vinden tussen theoretische en zeer praktische ontdekkingen. Het heeft prestaties beloond die de fundamenten van de moderne wereld hebben gelegd, zoals radioactiviteit, antibiotica, röntgenstralen, of PCR, evenals fundamentele wetenschap zoals de energiebron van de zon, de elektronenlading, atoomstructuur, of supervloeibaarheid.

Ons brein begrijpen

De aard van de menselijke geest en dierlijke intelligentie is al millennia onderwerp van filosofisch debat. Lange tijd hing het vooral af van meningen en vooropgezette ideeën welke visie dominant zou worden.

Dit is veranderd met de opkomst van de moderne neurowetenschap. Met de ontdekking van neuronen en hun vermogen om elektrische signalen te verzenden, is het idee om individuele neuronen te bestuderen om complexe mentale mechanismen te verklaren realistisch geworden.

Dit zou gecombineerd worden met dierstudies en experimentele psychologie om de eerste echte inzichten te bieden in hoe ons brein functioneert.

De ontdekking van “signaaltransductie in het zenuwstelsel” werd in 2000 beloond met een Nobelprijs voor Geneeskunde. Neurologie is een vakgebied dat met deze prestigieuze prijs is bekroond, evenals de Nobelprijs voor Geneeskunde in 2021 “voor hun ontdekkingen van receptoren voor temperatuur en aanraking”.

Echter, een mogelijk nog indrukwekkendere ontdekking werd beloond met de Nobelprijs voor Geneeskunde in 2014, “voor hun ontdekkingen van cellen die een positioneringssysteem in de hersenen vormen”. In wezen werd ontdekt dat de mentale kaart van onze hersenen van de omgeving fysiek aanwezig is in een soortgelijke neuronale kaart in een specifiek deel van de hersenen.

De helft van deze prijs werd toegekend aan John O’Keefe en een kwart aan zowel May-Britt Moser als haar echtgenoot, Edvard I. Moser.

Bron: Nobel Prize

Een gevoel van plaats creëren

Het eerste idee dat de hersenen een verbinding tussen plaatsen en gebeurtenissen via halfbewuste gedachten konden creëren, werd voorgesteld door experimenteel psycholoog Edward Tolman.

Door dieren te observeren stelde Tolman in 1948 dat dieren mentaal plaatsen en gebeurtenissen met elkaar verbonden, waardoor ze een mentale kaart konden maken die hen in staat stelde een plaats te navigeren en mentaal niet-gerelateerde locaties te verbinden.

Dit idee bleek correct te zijn, maar het vereist meer geavanceerde technieken om de hersenactiviteit zelf te bestuderen om het te bewijzen.

John O’Keefe had een opleiding in fysiologische psychologie, een vakgebied dat zich bezighoudt met de impact van biologische structuren op mentale fenomenen. Eind jaren zestig begon hij de activiteit van neuronen in de hersenen van ratten te bestuderen in relatie tot hun beweging en locatie, met behulp van geïmplanteerde microdraden.

Bron: Research Gate

Dankzij deze geavanceerde meetmethode kon hersenactiviteit bestudeerd worden terwijl het dier vrij bewoog, waardoor een natuurlijk gedragspatroon werd nagebootst.

Hier lag de uniciteit van John O’Keefe’s onderzoek: eerdere onderzoekers die hippocampale activiteit registreerden, beperkten hun onderzoek tot beperkte gedragsopdrachten of strikte stimulus-respons protocollen.

Door dit te doen ontdekte hij een klasse neuronen die “plaatscellen” worden genoemd, gelegen in de hippocampus van de rat, een gebied dat bekend staat als de fysieke locatie van vele geheugen-gerelateerde mentale mechanismen.

Bron: Nobel Prize

Hippocampus & Plaatscellen

De hippocampus staat sinds de jaren 1950 bekend als de zetel van geheugen-gerelateerde functies van de hersenen. Bijvoorbeeld, het verlies van beide hippocampi bij menselijke patiënten veroorzaakte ernstige geheugenstoornissen.

Dit omvatte het verlies van het vermogen om nieuwe herinneringen te coderen, terwijl oude herinneringen nog wel konden worden opgehaald. Er is echter ook meer intrigerend bewijs, zoals hoe Londense taxichauffeurs, die een intensieve training ondergaan om duizenden straten te leren navigeren, aanzienlijk grotere hippocampusvolumes ontwikkelen dan controlegroepen tijdens hun training.

O’Keefe ontdekte dat plaatscellen activeren wanneer het dier zich op een specifieke locatie bevindt. Door systematisch te testen toonde hij ook aan dat dit geen reactie was op specifieke stimuli, zoals bijvoorbeeld een bepaalde kleur of voedsel. In plaats daarvan werden de plaatsneuronen geactiveerd wanneer het dier zich op die specifieke plek bevond en stopten ze wanneer het wegging.

Elke plaatscel was niet gespecialiseerd voor één specifieke locatie; echter activeerde elke locatie en omgeving een specifieke combinatie van plaatscellen, vergelijkbaar met een complex coördinatensysteem.

Verdere Ontdekkingen Over Plaatscellen

Bij dieper graven ontdekte O’Keefe dat de activiteit van de plaatscellen zich herschikt wanneer de rat wordt blootgesteld aan een nieuwe omgeving. Eenmaal verworven blijft het geleerde patroon persistent. Dit biedt een solide basis om te theoretiseren dat plaatscellen een cellulair substraat voor geheugen vormen.

Het idee van een “cellulaire kaart” veroorzaakte nogal wat controverse voordat het breder werd geaccepteerd. Het opende vervolgens de weg naar verdere verkenningen van de fysiologische basis van geheugen. Deze keer zou het vinden van nieuwe typen neuronen en nauwlettend letten op hun exacte locatie het ontbrekende puzzelstukje leveren over hoe ruimtelijk geheugen werkt.

Een Hersenraster Voor Het In kaart Brengen Van De Wereld

De ontdekking van plaatscellen richt het onderzoek naar ruimtelijk geheugen op de hippocampus. Echter, het merendeel van de stimuli van de hippocampus komt van een structuur aan de dorsale rand van de rattenhersenen, de entorhinale cortex. Dit gebied werd daarom het focuspunt van onderzoek voor May-Britt & Edvard Moser.

Bron: Bright Focus

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de entorhinale cortex cellen bevat met vergelijkbare kenmerken als de plaatscellen van de hippocampus. Het waren echter de Mosers die een geheel nieuw type cel ontdekten, de rastercellen, in dit deel van de hersenen.

Hexagonaal Patroon van Rastercellen

De rastercellen bevinden zich in specifieke knooppunten die samen een zeer regelmatig hexagonaal patroon vormen. Zo’n rasterpatroon was nog nooit eerder in de hersenen waargenomen. Het werd al snel duidelijk dat het ontstaan ervan geen toeval was, maar een nauwkeurig gereguleerd proces door complexe netwerkactiviteit.

Bron: Nobel Prize

Nog interessanter is dat de rastercellen zijn ingebed in een netwerk bestaande uit hoofdrichtingscellen en grenscellen, en cellen met zowel hoofd- als grensfuncties tegelijk.

Hoofdrichtingscellen fungeren als een kompas en activeren alleen wanneer het hoofd van het dier in een bepaalde richting wijst. Ondertussen activeren grenscellen wanneer de rat een muur of obstakel tegenkomt.

De Moser-echtgenoten ontdekten ook dat de raster-, hoofd- en grenscellen allemaal neuronale verbindingen projecteerden naar de hippocampale plaatscellen.

Samen zou verder onderzoek van de Moser-echtgenoten en O’Keefe aantonen dat het “coördinatensysteem” van plaatscellen wordt geactiveerd en gereguleerd door de raster- en grenscellen, in een complex 2-laags systeem dat op neuronen de feitelijke fysieke omgeving in kaart brengt.

Bron: Nobel Prize

Een Behouden Mechanisme Over Alle Zoogdieren

Hoewel het onderzoek grotendeels op ratten is uitgevoerd (om praktische, kosten- en ethische redenen), is het waarschijnlijk ook geldig voor andere zoogdieren, inclusief mensen.

In 2003 werden plaatsachtige cellen bij mensen gevonden, en in 2010 rasterachtige cellen. Dit geeft verdere aanwijzingen dat zo’n systeem gedurende de evolutie bewaard is gebleven. Dit is niet verrassend, aangezien de hippocampale-entorhinale structuur over het algemeen goed bewaard blijft bij alle zoogdieren. Zelfs bij niet-zoogdierachtige gewervelden kunnen vergelijkbare hippocampale-achtige structuren worden aangetroffen, wat suggereert dat zo’n mechanisme zeer oud en goed bewaard is over zeer verschillende soorten.

De locatiegeheugen gecodeerd in plaatscellen wordt ook “herhaald” tijdens de slaap, waarschijnlijk leidend tot consolidatie van het patroon en de daaropvolgende bewaring van het geheugen op lange termijn.

Al met al bieden deze ontdekkingen een solide basis voor het verklaren van locatiegeheugen op neuroniveau en hersenactiviteit.

Toepassingen

De Complexiteit van de Hersenen Ontwarren

Dit onderzoek richt zich op de fundamentele functies van de hersenen. Het heeft echter tal van potentiële toepassingen, zoals de meeste andere Nobelprijzen gericht op neurologie. Dit komt doordat de hersenen een bijzonder lastig orgaan zijn om te behandelen. Ze worden afgeschermd door de bloed-hersenbarrière, waardoor veel chemische of biotechnologische behandelingen niet effectief zijn. Bovendien is het een extreem complex orgaan. Het bestuderen ervan kan lastig zijn, aangezien het grootste deel van de activiteit vluchtig en elektrisch is, met chemische signalen beperkt tot de synaptische interface van neuronen.

Sommige wetenschappers, zoals de Nobelprijswinnende Penrose (voor onderzoek naar zwarte gatvorming), vermoeden zelfs dat bewustzijn kan voortkomen uit kwantumverschijnselen. Een idee dat nu is bevestigd door de ontdekking van kwantumeffecten in de microtubuli van neuronen.

Al met al zullen therapieën die zich op de hersenen richten waarschijnlijk een zeer diepgaand begrip vereisen van hoe geheugen, bewustzijn en waarnemingen worden gecreëerd en verwerkt door de hersenen.

Klinische Behoeften

Geheugenverlies is een van de eerste en meest problematische symptomen van veel neurodegeneratieve ziekten, zoals leeftijdsgerelateerde dementie en de ziekte van Alzheimer. O’Keefe en zijn team hebben aangetoond dat in diermodellen voor Alzheimer de afbraak van plaatscellen correleert met de afname van ruimtelijk geheugen.

Aangezien de hippocampale formatie een van de eerste structuren is die wordt aangetast bij de ziekte van Alzheimer, kan een dieper begrip van de hersenmechanismen nieuwe therapeutische opties opleveren.

Investeren in Neurologie

Neurologie is tegenwoordig een van de meest geavanceerde gebieden van biologie en geneeskunde. Het belang groeit door de vergrijzing van de bevolking, waarbij leeftijdsgerelateerde psychologische en hersenziekten een toenemend probleem vormen.

Wij hebben in meer detail onderzocht hoe dit de “volgende grote trend” voor de farmaceutische sector zou kunnen zijn in “The Next Blockbuster Therapies: Curing Neurological Disorders.”

Het is ook het focusgebied van de meest geavanceerde technologieën, zoals bijvoorbeeld de door Elon Musk gerelateerde Neuralink “brain chips”.

Bron: Neuralink

U kunt investeren in neurologie-gerelateerde bedrijven via vele brokers, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, en vele andere landen.

Als u niet geïnteresseerd bent in het selecteren van specifieke bedrijven, kunt u ook kijken naar biotech-ETF’s zoals de iShares Neuroscience and Healthcare ETF (IBRN), of de Tema Neuroscience and Mental Health ETF (MNTL), die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van neurologie-gerelateerde aandelen.

Neurologiebedrijven

1. BrainStorm Cell Therapeutics

Niet alle neurologie-biotechbedrijven rekenen op nieuwe geneesmiddelen. Anderen proberen letterlijk de hersenen direct te repareren, onder meer door verse nieuwe cellen aan het zenuwstelsel van de patiënt toe te voegen via stamceltherapie.

Dit is de strategie die Brainstorm Cell Therapeutics volgt, waarbij ze met stamcellen werken om neurologische ziekten te genezen of de schade ervan te verminderen.

Brainstorm Cell gebruikt zijn autologe cellulaire technologieplatform (NurOwn®): het bedrijf neemt de beenmergcellen van de patiënt en zet ze om in neuronen en andere zenuwcellen. Dit is een relatief kort proces, dat slechts 7 dagen duurt.

Dit proces creëert zenuwcellen die de genetische code van de patiënt hebben, waardoor risico’s op incompatibiliteit of afstoting van de getransplanteerde cellen worden weggenomen.

Bron: Brainstorm Cell

Brainstorm richt zich op neurologische aandoeningen zoals multiple sclerose, Alzheimer, Parkinson, de ziekte van Huntington of autismespectrumstoornis.

De ALS-behandeling is de enige in fase 3, met de hoop deze snel goedgekeurd te krijgen, en voorlopige resultaten lijken aan te geven dat het kan helpen als het vroeg genoeg wordt gebruikt om de progressie van de ziekte te vertragen.

Bron: Brainstorm Cell

In de verre toekomst kunnen we ons voorstellen dat zo’n therapie, ontwikkeld door Brainstorm, beschadigde cellen kan “hergroeien”, mogelijk met een focus op ultra-gespecialiseerde neuronen zoals plaats-, raster- en grenscellen.

2. BICO Group AB (BICO.ST)

Een manier om de hersenen en zenuwen te bestuderen is het gebruik van cerebrale organoïden. Deze kunstmatig gecreëerde mini-hersenen kunnen in een laboratorium de reactie van neuronen op potentiële therapieën nabootsen, waardoor onderzoekers behandelingen voor de volledige echte hersenen kunnen vinden.

We bespraken in meer detail hoe het werkt en de laatste ontwikkelingen op dat gebied in “Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken.”

Recentelijk zijn veel complexere cerebrale organoïden 3D-geprint door onderzoekers van de University of Wisconsin–Madison. Ze deden dit met een Cellink bioprinter, wat nieuwe mogelijkheden opent voor dit apparaat in neurowetenschappelijk onderzoek.

Bron: Cellink

In 2021 werd Cellink hernoemd tot de BICO Group, na de overname van Cytena in 2019 en Scienion in 2020.

Cellink blijft de merknaam voor het bioprinting-gedeelte van het bedrijf. Het idee is om 3D-printmethoden opnieuw te gebruiken om op aanvraag 3D-weefsels of organen te creëren. (U kunt een discussie over dit onderwerp lezen in “3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?”).

Bioprinting vertegenwoordigt ongeveer 1/5 van het bedrijf, terwijl het bioscience-automatiseringssegment meer dan 3/5 van de omzet genereert.

Bron: BICO Group AB

Hoewel ze niet de enige zijn in het veld, is Cellink duidelijk een zeer geavanceerde fabrikant van bioprintapparatuur. De prestatie van professor Zhang met deze machines toont hun potentieel in neurowetenschappelijk onderzoek, een gebied dat momenteel nog weinig bioprinting gebruikt.

Op de lange termijn zullen bioprintbedrijven waarschijnlijk evolueren van het leveren van gereedschap aan onderzoekers naar het worden van leveranciers van bioprinttherapieën voor farmaceutische bedrijven voor patiënten. Dit zal op zijn beurt het aantal gebruikte bioprinters volledig veranderen en, nog belangrijker, het volume aan verbruiksartikelen dat elke maand wordt verkocht.

Dit is hetzelfde proces dat plaatsvond bij andere fabrikanten van biolabapparatuur, waaronder genoomsequencingmachines van PacBio (PACB) en Illumina (ILMN), die uiteindelijk 80% van hun omzet genereren uit terugkerende verkoop van verbruiksartikelen.