Reservedeler til hjernen

Hjernesykdommer koster Norge 78 milliarder kroner hvert år, og mer vil det trolig bli når eldrebølgen slår inn for fullt. Arbeidet med å utvikle reservedeler til hjernen er for lengst i gang.

Publisert
 (Foto: (Illustrasjon: Geir Mogen og Alexander Somma))
(Foto: (Illustrasjon: Geir Mogen og Alexander Somma))

Carla Shatz er professor i nevrobiologi på Stanford University i USA og var den som oppdaget at også nervecellene produserer de molekylene som kroppens immunforsvar bruker for å kjenne igjen fiender.

Shatz og hennes kollegaer har satt seg som mål å finne ut hvordan erfaring påvirker utviklingen av nervesystemet. Gjennom studier av synssystemet har de funnet ut at nettopp de genene som brukes i immunforsvaret i kroppen, er selve bryterne som regulerer utviklingen og tilpasningen av sammenkoblingene i hjernen.

– I utgangspunktet har vi trodd at hjernen var såkalt immunprivilegert, forteller Shatz.

– Altså at hjernen ikke uttrykker et sånt immunforsvar som kroppen gjør. Sånn sett skulle det faktisk være enklere å transplantere vev inn i hjernen enn i resten av kroppen. Men så oppdaget vi at hjernen likevel produserer det som heter MHC klasse 1-molekyler. Forskjellen er at i hjernen brukes de ikke på samme måte som i kroppen.

– Dette genet, MHC, fungerer sånn at hvis du slår det av, så er det som å ta bort en bremsekloss på læringen, forklarer hun.

– Og i de dyreforsøkene vi har gjort så langt, blir det vi kaller plastisiteten, hjernens evne til nye koblinger, mye større når vi fjerner MHC-bremseklossen. Det gjelder også hos eldre dyr, sier Shatz.

Nye celler, nytt liv

Shatz forklarer at når de har fått komplett oversikt over gasspedalene og bremseklossene i dette systemet i hjernen, så kan man kanskje bråstarte læringsevnen også hos eldre.

– Hva om vi kunne gi en slagpasient en pille som ga hjernen muligheten til å lære på nytt? La de områdene som ikke er rammet av slaget, koble seg om og ta over funksjonene til det slagrammede området? sier hun.

– Eller tenk på barn med cerebral parese som har nedsatt læringsevne. Hva om de kunne få regulert opp læringsevnen sin og få et bedre liv? Ville ikke det vært fantastisk, spør hun.

Alt dette kan skje i framtiden, tror Shatz. For pasienter kan det bli aktuelt å bruke en blanding av spesialiserte stamceller i kombinasjon med medikamenter. Dette kan bedre hjernens koblingsevne for å få de nye nervesystemene til å passe inn med de eksisterende.

Allerede i 1998 ble det gjort forsøk der en parkinsonpasient fikk satt inn nye celler i hjernen. Disse nye cellene skulle erstatte gamle som ikke lenger ville produsere signalstoffet dopamin. Dette ble begynnelsen på nervecelletransplantasjon, og hadde brukbare resultater, men også en del bivirkninger.

Da er det kanskje ikke så enkelt som bare å sette inn friske og arbeidsomme celler?

Drømmen om en bioprinter

Den greskfødte hjerneforskeren Ioanna Sandvig arbeider på Medical Imaging Laboratory (MI-lab) ved NTNU. Hun har nylig levert sin doktorgradsavhandling i nevrovitenskap.

Hun åpner et perspektiv på reservedeler til hjernen, som krever litt ekstra fantasi å tenke på:

Om synsnerven blir skadet, er det ikke bare å stille med erstatningsceller. MI-lab og alginatforskere ved NTNU samarbeider om å utvikle små alginatkuler som fungerer som livmorer. De gir nærende stoffer i et mykt, støttende miljø til nye nerveceller som skal vokse opp. Med ulike MR-bildeteknikker overvåkes vokseprosessen nøye. Til høyre et MR-bilde av en skadet rottessynsnerve (røde piler) med nye nerveceller som følges nøye av forskere (hvit pil). (Foto: (Illustrasjon: NTNU))
Om synsnerven blir skadet, er det ikke bare å stille med erstatningsceller. MI-lab og alginatforskere ved NTNU samarbeider om å utvikle små alginatkuler som fungerer som livmorer. De gir nærende stoffer i et mykt, støttende miljø til nye nerveceller som skal vokse opp. Med ulike MR-bildeteknikker overvåkes vokseprosessen nøye. Til høyre et MR-bilde av en skadet rottessynsnerve (røde piler) med nye nerveceller som følges nøye av forskere (hvit pil). (Foto: (Illustrasjon: NTNU))

– En gang i framtiden, jeg aner ikke når, men det er jo dette vi jobber fram mot, begynner hun, – da kan jeg se for meg at en pasient kommer inn med for eksempel en akutt hjerneskade, og blir sendt til skanning. Samtidig tar vi en hudprøve eller i hvert fall en eller annen celleprøve.

– Dette gir oss den genetiske informasjonen som gjør det mulig å designe celler fra grunnen, som matcher pasienten perfekt. Så får vi et tredimensjonalt bilde av skaden fra skanningen. Deretter sender vi denne informasjonen til en bioprinter som kan trykke ut en erstatningsbit til det skadede området, sier Sandvig.

I USA finnes det faktisk allerede «skrivere» som kan trykke ut nylaget hud til skadde soldater i krig. Men er det virkelig sannsynlig at vi kan få skreddersydde hjernebiter?

Sandvig regner med at det nok vil gå flere tiår før vi kan se snurten av så spesialtilpasset hjelp. Men på veien dit er det både mye å lære og mange gåter å løse.

Alginatlivmor for hjerneceller

Selv har Sandvig og kollegene hennes fokusert på hvordan man kan få synsnerven til å vokse sammen igjen hvis den blir skadet. Det er vanskeligere enn man skulle tro, å få til reparasjoner inne i hjernen.

Nervene skal ikke bare lappes sammen, men er også avhengige av et avansert støttesystem.

Forskeren sammenligner det med en bil som skal krysse en vei som er ødelagt av flom.

– Hvis veien er gått i stykker, hjelper det ikke å fylle bensin på bilen, sier hun.

– Det må grunnarbeid til før man kan legge asfalt, og først da kan bilen settes i gang igjen. Sånn er det også med nerver som går i stykker. Både nerven og alt som er rundt, må pleies, i riktig rekkefølge. Det er utrolig komplisert. Det er ikke nok å stille med de rette erstatningscellene.

På MI-lab-en har de et bredt samarbeid med mange andre fagmiljøer. I samarbeid med alginatforskere utvikler de nå små alginatkuler som har et mykt, støttende miljø inne i seg, med massevis av nærende og styrende stoffer for nerveceller eller andre celletyper som skal vokse opp.

Alginat utvinnes fra tang og tare, og har evnen til å stabilisere, fortykke og danne geleer Stoffene brukes blant annet til avtrykksmateriale ved framstilling av tannproteser

– Disse bitte små kulene er som små livmorer for cellene. Cellene får et oppvekstmiljø som er optimalt. Da øker sjansen veldig for at de overlever når de settes inn i hjernen igjen, forteller Sandvig.

Skal Sandvig snart begynne å lage formstøpte celleklumper? Og tror hun på reservedeler til hjernen. Svaret er kontant:

– Det er nok mange tiår før vi er der. Men vi kommer dit!

Nanopartikler til hjernen

Denne armprotesen styres direkte fra hjernen via opptak av hjernebølger fra sensorer som er plassert direkte på hjernens overflate. (Foto: NTNU)
Denne armprotesen styres direkte fra hjernen via opptak av hjernebølger fra sensorer som er plassert direkte på hjernens overflate. (Foto: NTNU)

May-Britt og Edvard Moser leder Kavli Institute for Systems Neuroscience på NTNU.

Deres forskning har vist hvordan nervecellene i et bestemt område i hjernen både lagrer minner, gjør lignende minner ulike, hvordan vi henter dem fram igjen, og hvordan det hele kobles sammen med stedsansen – som de også har avslørt grunnprinsippene for.

Hva tror de om mulighetene for å erstatte ødelagte deler av hjernen med nye?

– Transplantasjon har jo lenge blitt utført i form av såkalte grafts, forteller Edvard Moser. – Man setter for eksempel inn stamceller i hjernen hos pasienter med Parkinsons sykdom. Så det å korrigere for sviktende funksjon gjør vi allerede.

Vi ser stadig oftere eksempler på at elektroniske proteser samarbeider med nervesystemet, som sneglehusimplantat i øret, eller mekaniske hender. Kanskje man etter hvert kan fylle hjernen med funksjonell elektronikk?

– Vi kan nok få hjernevev til å interagere med elektroniske kretser, sier Moser.

– Men jeg ser ikke helt for meg grensesnittet ennå. Generelt kan vi si at jo mer spesifikke oppgaver og jo færre celler og funksjoner som er involvert, desto mer realistisk er tanken.

Moser har ingen tro på at det vil fungere å transplantere større deler av en hjerne.

– Det skal mye til for at det man tilfører, kobles opp med resten av hjernen på den rette måten, i alle fall med det vi vet i dag. Men jeg tror nok at man en gang kan transplantere inn celler eller nanopartikler som utfører spesifikke oppgaver rundt om i hjernen, avslutter han.

Et etisk problem?

Så langt er det flere utfordringer enn løsninger. Men ingen er uenig i hvilken vei det går: Vi vil få reservedeler til hjernen, i en eller annen form og størrelse.

Men hva gjør vi den dagen vi står der med en ødelagt stedsans – og med en flunkende ny erstatningsbit i hånden? Er det bare å sette den inn? Eller har vi skaffet oss et etisk problem?