Forsøg på mini-hjerner kan på sigt afløse dyreforsøg
Miniaturehjerner dyrket i laboratoriet vil med tiden måske kunne overvinde nogle af problemerne med at teste stoffer på dyr og hjælpe forskere med at identificere nye måder at behandle humane, uhelbredelige lidelser som Alzheimers sygdom og epilepsi.
De fleste nye lægemidler udvikles og testes med mus som modeller. Men med hjerneforstyrrelser som ved Alzheimer, udvikler dyrene aldrig den menneskelige sygdom, men får i stedet kun nogle af de hjerneabnormiteter, som optræder hos mennesker med sygdommen. Det betyder, at mens nogle medikamenter kan afhjælpe visse tegn på sygdom i musens hjerne, så viser de sig senere ikke at være i stand til at hjælpe patienter med den fuldt udviklede sygdom.
“Vi er ret gode til at identificere stoffer, der kan afhjælpe symptomer på sygdommen i dyremodeller,” siger professor Jürgen Knoblich, molekylærbiolog ved Institut for Molekylærbioteknologi ved Det Østrigske Videnskabsakademi i Wien. ”Problemet opstår, når vi ønsker at oversætte vores erfaring til mennesker.”
Nyere undersøgelser har vist, at de hjerneceller vi bruger til hukommelse, problemløsning og sprog stammer fra en celletype, der ikke findes i mus. “Hjernen er det organ, der adskiller sig mest mellem mennesker og mus,” siger professor Knoblich. “Det er derfor et utroligt stort skridt fremad, at kunne teste stoffer direkte i et menneskeligt modelsystem for hjernen.”
Lægemiddelvirksomheder har mistet hundreder af millioner ved at investere i medicin mod hjernesygdomme – medicin som viste lovende resultater i dyr, men senere mislykkedes ved afprøvning på mennesker. Denne lave succésrate har ført til, at de gennemsnitlige omkostninger ved at få godkendt et nyt lægemiddel beløber sig til €850 mio. (6,3 milliarder d.kr.) fortæller professor Jürgen Knoblich.
Mini-hjerner
Han er især interesseret i epilepsi og mikrocephali – en hjerneudviklingsforstyrrelse der fører til, at børn bliver født med for små hoveder. Hans laboratorium har udviklet en alternativ måde at forske i disse to sygdomme: ved at udvikle mini-menneskehjerner.
Professor Knoblich dyrker disse mini-hjerner, også kendt som hjerneorganoider, ved hjælp af hudceller taget fra patienter med epilepsi og mikrocephali, som manipuleres på en måde, så de vender tilbage til en fostertilstand. Han former derefter cellerne i en petriskål, så de udvikler sig til hjerneceller.
Det hjernevæv der udvikler sig deler samme DNA og sygdomsfremkaldende mutationer som patienten. Mini-hjernen viser endog tegn på patientens sygdom, såsom mindre hjernevæv i mikrocephali-modellen. Tusinder af de hvide mini-hjerneklumper passer ind i en enkelt vækstplade, som man kan have i en håndflade.
“Vi blev lamslåede over, hvor meget lig de processor, der sker i disse hjerneorganoider, er lig dét der sker i den menneskelige hjerne i fosterstadiet,” siger professor Knoblich. ”Disse mini-hjernerne har en opbygning, der ligner en fosterhjernes, selv om strukturen ser noget rodet ud”.
Disse små laboratorie-dyrkede organoider åbner op for en ny måde at teste stoffer i hjernevæv, der ligner det, man finder hos en levende patient.
”Et medicinalfirma vil måske kunne dyrke tusindvis af disse organoider og derefter teste mange forskellige stoffer i dem,’ sagde professor Knoblich.”Dette er tredimensionalt humant væv med menneskelig fysiologi.”
Et godt værktøj – men uden bevidsthed
Han advarer imidlertid mod at tro, at hjerneorganoider, som han foretrækker at kalde dem, er som voksne hjerner – de er snarere at betragte som stykker af hjernevæv. Mini-hjernerne kan ikke opfatte eller tænke eller gøre noget, der ligner bevidsthed, men de kan vise os vejen til at helbrede lidelsesvoldende, almindelige hjernesygdomme.
“Et medicinalfirma ville kunne dyrke tusindvis af disse organoider og derefter teste mange stoffer i dem.”
En sygdom, der kunne have gavn af en sådan tilgang, er Alzheimers. På trods af hundredevis af potentielle Alzheimer-medikamenter, der testes i kliniske forsøg, er der stadig kun få succesfulde stoffer mod denne ødelæggende sygdom.
Hvis medicinalvirksomheder får mulighed for at se effekten af deres midler direkte på humant væv, vil firmaerne kunne fremskynde afprøvningen af nye lovende stoffer ved at benytte mini-hjernerne.
De forskere, der arbejder på et projekt kaldet STEMMAD, anvender mini-hjerner til at få mere viden om Alzheimers såvel som Parkinsons sygdom og demens i frontallappen.
De producerer mini-hjernerne på to måder: 1) ved at bruge hudceller fra en patient med en prædestineret betingelse for at gro hjernevæv med den DNA-mutation, der er bærer af sygdommen. De har også brugt gen-redigering til at rette disse mutationer hvilket betyder, at de kan producere væv med og uden sygdommen for at sammenligne prøverne, 2) ved at dyrke mini-hjerner fra anonyme, sunde mennesker og derefter ”redigere” sygdommen. Fordelen ved denne metode er, at den undgår nogle af de etiske og databeskyttelsesproblemer, der opstår i forbindelse med specifikke patienter, og gør det lettere for medicinalbranchen at anvende mini-hjernerne til forskning.
Professor Knoblich tror også, at dyrkning af hjernevæv fremover vil være med til, at give forskerne større indsigt i almindelige psykiske lidelser som epilepsi, autisme og skizofreni.
Kilde: Horizon Magazine
Stamcellernes naturlige evne til at formere sig og danne organer kan udnyttes til at udvikle miniature-versioner af organer: såkaldte organoider. Forskerne har udviklet dyrkningsbetingelser, der gør det muligt at pode stamceller i petriskåle i tredimensionelle kulturer, hvor de organiserer sig og specialicerer sig for at danne miniature-organer.
