Blauwalg kan de hersenen redden na een beroerte – in theorie

Biologie Laat een bacterie zuurstof maken en zo na een beroerte hersenschade voorkomen. Maar daar is licht voor nodig, en dat ontbreekt in een schedel.

Blauwalg (Synechoccoccus elongatus) gezien met behulp van een elektronenmicroscoop. Blauwalgen zijn geen algen maar bacteriën.
Blauwalg (Synechoccoccus elongatus) gezien met behulp van een elektronenmicroscoop. Blauwalgen zijn geen algen maar bacteriën. Foto Raul Gonzalez and Cheryl Kerfeld (CC BY SA-3.0)

Als muizen een beroerte hebben gehad, kunnen blauwalgen afstervende zenuwcellen redden. De ingespoten bacteriën kunnen extra zuurstof produceren dankzij fotosynthese en zo het zuurstoftekort in de zenuwcellen tegengaan. Dat bedachten onderzoekers uit het Chinese Wuhan, die vorige week woensdag een studie in Nano Letters publiceerden. Erg ingenieus, maar voorlopig blijft het bij een technische bevinding. Er zijn nog tal van problemen op te lossen voor de vinding tot een praktische toepassing kan leiden.

Tijdens een beroerte stopt de doorbloeding in een deel van hersenen, bijvoorbeeld door een stolsel in een bloedvat, waardoor de hersenen niet meer goed functioneren. Het is na hartziekten de meest voorkomende doodsoorzaak wereldwijd. Na een beroerte sterven zenuwcellen in de hersenen af door een zuurstoftekort en ophopende koolstofdioxide. De twee behandelingen die al in gebruik zijn, waarbij bloedstolsels in een bloedvat worden opgelost, zijn in slechts 5 procent van de gevallen effectief omdat die maximaal zes uur na de beroerte moeten plaatsvinden.

Een behandeling met medicijnen schiet volgens de auteurs ook tekort omdat die alleen de gevolgen van zuurstoftekort verminderen. Het zou beter zijn om het zuurstoftekort zelf te voorkomen. Andere onderzoekers probeerden al zuurstofdragende biomaterialen in te zetten om zuurstof naar de zenuwcellen te brengen, maar die waren niet effectief genoeg en zorgen niet voor een afname in koolstofdioxide.

Geen zichtbaar licht

Te weinig zuurstof, te veel koolstofdioxide: daar kan fotosynthese een uitweg bieden. De Chinese onderzoekers injecteerden in hersenen van muizen blauwalg (Synechoccoccus elongatus), een bacterie die middels fotosynthese koolstofdioxide onder invloed van licht in zuurstof omzet. Een groot probleem is dat het in een schedel donker is. Zichtbaar licht dringt er niet in door. Infrarood licht kan dat beter, maar heeft een te lage energie om fotosynthese in gang te zetten. Daarom koppelden de onderzoekers de bacterie aan een zogeheten ‘upconversion nanodeeltje’. Dit molecuul absorbeert twee of meer fotonen – lichtpakketjes – van lagere energie, en zendt één foton van zichtbaar licht uit. De energie van dit licht is precies hoog genoeg om de zuurstofproductie van de bacterie te starten. De onderzoekers laten ook al zien dat het in de praktijk kan werken: injectie van blauwalg met nanodeeltjes leidde in muizen tot een lagere celsterfte, en op langere termijn leek herstel plaats te vinden.

„De auteurs hebben methodologisch op veel vlakken goed werk verricht en laten de praktische haalbaarheid zien in een diermodel”, zegt Michal Heger. Hij is hoogleraar fotonanomedicijnen aan de Universiteit Utrecht. „Technisch steekt het stuk goed in elkaar.”

Middelbare scholieren

Maar de ‘vertaalslag’ van muis naar mens gaat niet zonder problemen, vermoedt Rick Dijkhuizen. Hij is hoogleraar neuroimaging aan diezelfde universiteit. „Het is een originele en indrukwekkende studie, maar er zitten wat haken en ogen aan de experimentele procedures.” De onderzoekers hebben bijvoorbeeld de proefdieren onvoldoende 'gerandomiseerd', wat ervoor zorgt dat de testgroep zoveel mogelijk op de controlegroep lijkt. „Dat wordt bij dergelijk preklinisch onderzoek tegenwoordig sterk aangeraden – en terecht.” Het blijft nog maar de vraag of het inspuiten van bacteriën geen hersentoxiciteit oplevert.

„Ik vind het jammer om te melden”, vult Heger nog aan, „maar de vertaalslag naar de kliniek zal tegen een onoverkomelijke barrière aanlopen.” Het blijft moeilijk om licht de hersenen in te schijnen, ook infrarood licht. Voor het eindexamen natuurkunde leren middelbare scholieren over de wet van Lambert-Beer, die voorschrijft dat de intensiteit van licht steeds meer afneemt naarmate het dieper in materie schijnt. „Dat is een belangrijk punt dat veel biologen over het hoofd zien”, zegt Heger, die de studie voornamelijk een technisch knap vindt – een toepassing is ver. „Licht een millimeter de hersenen in krijgen bij muizen is makkelijk. Bij mensen liggen de infarctzones veel dieper. Het is hoogstwaarschijnlijk dat de schedel van een mens zo dik is, dat er onvoldoende zuurstofproductie zal plaatsvinden.”