I et internationalt samarbejde er forskere fra DTU i gang med at skabe en hjernemodel, der efterligner det system i hjernen, der ikke virker hos parkinsonpatienter. Med modellen er det muligt at undersøge mekanismerne i sygdommen, som resulterer i, at den type dopamin, der koordinerer bevægelser og motoriske funktioner, ikke længere produceres i hjernen.
Udviklingen af hjernemodellen sker i det EU-støttede projekt OpenMIND, hvor forskere fra DTU og Lunds Universitet nu har en tidlig version af modellen på plads. Modellen består af små forskellige celleklumper af hjernevæv, der er udviklet ud fra stamceller. Til sammen repræsenterer celleklumperne det system i hjernen, som er skadet hos parkinsonpatienter.
”Modellen er bygget op, så den ligner den del af menneskets hjerne, den nigrostriatale bane, hvor doser af dopamin styrer kroppens bevægelser. I testmodellen genskaber vi med andre ord den biologiske proces, der foregår inde i hjernen, og med modellen bliver det muligt at teste og udvikle ny medicin og behandlinger. Og det er helt afgørende med en sygdom som parkinson, hvor vi ikke kan tage en biopsi i en patients hjerne uden at forårsage stor skade,” siger professor Jenny Emnéus fra DTU, der bidrager i OpenMIND-projektet med især udviklingen af hjernemodellen.
En af de behandlinger, der kan udforskes med hjernemodellen, er celleudskiftningsterapi, som kan afhjælpe rystelserne hos patienter med parkinson. Ved celleudskiftningsterapi transplanterer læger stamceller i hjernen på parkinsonpatienter, hvorefter cellerne udvikler sig, så de erstatter de ødelagte celler, der indgår i frigivelsen af dopamin. Enkelte lande i verden er begyndt at eksperimentere med denne type behandling, heriblandt Sverige hvor læger i Lund udførte den første stamcelletransplantation på en parkinsonpatient i februar 2023.
Stamceller fra befrugtet æg
De humane stamceller, som forskerne anvender i OpenMIND-projektet, kommer fra det tidlige stadie af et kunstigt befrugtet æg, et embryo, hvor cellerne kan udvikle sig til at blive til alle celletyper i kroppen. Cellerne kaldes i medicinsk fagsprog for pluripotente stamceller. Cellerne har en evne til at dele sig uendeligt, og derfor har forskerne i princippet stamceller nok til at behandle alle parkinsonpatienter ud fra et enkelt befrugtet æg.
Det er alment kendt, at lys kan aktivere frigivelsen af dopamin, og dette udnytter forskerne, når de skal studere parkinson-mekanismerne i hjernemodellen. Det gør de ved at anvende en særlig version af de pluripotente stamceller, der er genetisk forandrede, så de er lysfølsomme. I hjernemodellen leveres lyset af ultratynde lyslederkabler, små optiske fibre på under 1/10 mm.
Lyslederkablet i hjernemodellen er en selvstændig opfindelse, som er udviklet i samarbejde med bl.a. professor Stephan S. Keller på DTU, Lunds Universitet og Universidad Autonóma de Madrid. I projektet har forskerne udsat lyslederkablets plastikcoating for høje temperaturer, så overfladen blev omdannet til kul. Dette giver kablet en vigtig egenskab, nemlig at det bliver elektrisk ledende. På den måde kan kablet også udnyttes som en sensor til at måle dopamin og andre vigtige stoffer, der er involveret i det system i hjernen, som skal studeres.
”Forsøgene viser, at vi med lyslederkablet kan sætte gang i frigivelse af dopamin fra de omkringliggende celler og samtidig registrere, om cellerne frigiver dopamin,” forklarer Jenny Emnéus.
Potentiale for et implantat
En tredje interessant egenskab ved den forkullede overflade på lyslederkablet er, at stamceller kan gro på overfladen og udvikle sig til dopaminproducerende hjerneceller. Igen skal cellerne aktiveres ved hjælp af lys, så derfor har forskerne med en laser snittet små hak i kulstofoverfladen, så lyset kan trænge ud og stimulere frigivelse af dopamin.
