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.