Over het muurtje

Voor elk thema dagen we twee wetenschappers uit om een duik te nemen in elkaars onderzoek. Wim Vanduffel (KU Leuven) en Mathieu Vinken (VUB) gaan met elkaar aan de praat over hun onderzoek en onze organen.

Mathieu: “Aangename kennismaking, Wim! Hoewel we bezig zijn met andere organen, hebben onze onderzoeksonderwerpen toch heel wat met elkaar gemeen. De lever en het brein zijn twee complexe organen die de gezondheid van ons hele lichaam mee bepalen. Waarop richt jouw onderzoek zich precies?”

Wim: “Onze hersenen vormen inderdaad zowat het meest complexe orgaan in ons lichaam. Zelfs de kleinste defecten in ons brein kunnen grote gevolgen hebben en veel functies aantasten: de ‘elementaire autonome lichaamsfuncties’, zoals de ademhaling en de hartslag, maar ook ons gedrag en onze cognitie. Met ons onderzoek gaan we na welke hersenmechanismen belangrijk zijn om uitwendige prikkels waar te nemen, en hoe verschillende prikkels gecombineerd worden om tot een waarneming te komen. We bekijken ook welk effect inwendige signalen zoals motivatie, beloningswaarde en emotie hebben bij waarnemingen, en we gaan na welke hersenmechanismen aan de basis van leren liggen.”

“Ons motto is dat je eerst moet weten hoe iets precies werkt voor je het kunt herstellen. Net zoals een garagist, die een motor van een wagen pas kan herstellen als hij precies weet hoe die werkt. Fundamenteel onderzoek is de motor van toegepast geneeskundig onderzoek. Om onze elementaire basiskennis van de hersenen uit te breiden, doe ik onderzoek met primaten, meer specifiek met resusapen, de Macaca Mulatta.”

Mathieu: “Die complexiteit is ook in de toxicologie een vaak voorkomend probleem. Het huidige systeem om de veiligheid van chemische stoffen zoals pesticiden en voedingsadditieven voor de bevolking te garanderen, berust erop dat we het gevoeligste toxische effect kunnen opsporen. Daarvoor moeten we die chemische stof inbrengen in een proefdier. Dan kunnen we de laagste dosis waarbij een effect optreedt, extrapoleren naar de mens.”

“Maar dat is een erg conservatief systeem. Het zou uiteraard beter zijn om te vertrekken van mens-gebaseerde methodologieën, waarmee we de veiligheidsmarge probabilistisch kunnen berekenen. Dat impliceert echter een verandering in mindset bij zowel de regulatoren als de bevolking. Tot die er komt, moeten we de dierproeven zo optimaliseren dat we zo weinig mogelijk dieren gebruiken en dat we zoveel mogelijk lijden vermijden."

Wim: “Vanuit ethisch standpunt kunnen we inderdaad enkel studies bij apen uitvoeren als lagere diersoorten of mensen niet in aanmerking komen. Elk project moet dan ook voldoen aan strenge ethische en wetenschappelijke criteria. We worden op dat vlak met een vergrootglas bekeken. Voor apenonderzoek ligt de lat - volledig terecht - substantieel hoger dan voor studies waarbij andere diermodellen wordt gebruikt.”

“Je vermeldde daarnet ‘mens-gebaseerde methodologieën’, dan heb je het over de ‘New Approach Methodologies’ of NAM’s?”

Mathieu: “Dat klopt. Er zijn vandaag al een aantal gevalideerde NAM’s. Het gaat vooral over in-vitromethodes, dus met celculturen, en in-silicomethodes, die vertrekken van computermodellen. Jammer genoeg is het onmogelijk om met één NAM een dierproef te vervangen waarmee we complexe vormen van toxiciteit opsporen. Het zal eerder gaan om een heel gamma aan NAM’s, die elk een sleutelproces in het mechanisme detecteren. Het probleem daarbij is dat er vaak nog fundamentele kennis ontbreekt over het mechanisme van dergelijke complexe verbanden. Dat soort onderzoek moet gebeuren voor we nieuwe NAM’s kunnen ontwikkelen.”

“Momenteel coördineer ik een Europees project met de naam ONTOX. Daarin ontwikkelen we met 19 partners uit 8 Europese landen en de VS nieuwe methoden om de toxiciteit van chemische stoffen te voorspellen zonder proefdieren te gebruiken. Eén van de pijlers in ONTOX is artificiële intelligentie (AI), waarmee we vanuit verschillende bronnen (‘big’) data verzamelen over bepaalde vormen van toxiciteit. We leren de computer dan om eigenschappen en patronen te herkennen die typisch zijn voor bepaalde vormen van toxiciteit. Vervolgens gebruiken we AI om de mogelijke toxiciteit van nieuwe chemische stoffen te herkennen op basis van de gevestigde patronen. Op termijn willen we zo de menselijke beslissing vervangen, maar zo ver zijn we nog niet.”

Wim: “Ook wij gebruiken steeds vaker AI om data te analyseren. Het onderzoek naar de functionele architectuur van de hersenen zal bovendien de evolutie van AI mee helpen bepalen. De hersenarchitectuur wordt namelijk als basis gebruikt voor de architectuur van AI-algoritmes, zoals diepe neurale netwerken.”

“Zoals je net al aanhaalde wordt technologie steeds belangrijker voor wetenschappelijk onderzoek. Op het vlak van functionele beeldvorming bij de wakkere aap is ons team bijvoorbeeld wereldleider. We hebben die technologie zelf ontwikkeld en meten momenteel functionele beelden met een ongeëvenaarde ruimtelijke resolutie doorheen het ganse brein. Onze technologie en functionele ‘kaarten’ van de hersenen van de aap zijn momenteel het meest gedetailleerd, en onderzoeksgroepen wereldwijd maken er gebruik van om hun eigen studies te begeleiden.”

Mathieu: “Samenwerking is sowieso enorm belangrijk. Om dierproeven zoveel mogelijk te vervangen, te verminderen en te verfijnen, moeten we werken volgens de 3 I’s: internationaal, interdisciplinair en intersectoraal. Alleen met de steun van stakeholders uit verschillende sectoren en disciplines kunnen we NAM’s regulatorisch en industrieel aanvaard krijgen om de veiligheid van chemische stoffen te testen.”