26. maj 2020

Unikt indblik i menneskehjernens udvikling: Forskere udvikler model af den tidlige fosterhjerne

hjerne

Stamcelleforskere fra Københavns Universitet har konstrueret en model af en tidlig fosterhjerne. Modellen skal gøre os klogere på menneskehjernens udvikling og kan derved bidrage til at fremskynde udviklingen af stamcellebehandlinger mod hjernesygdomme som Parkinsons, epilepsi og demens.

Tidligt foster
Billede af et ca. 7 uger gammelt humant embryo omringet af moderkagevæv. Da det er noget nær umuligt at studere hjernens tidlige udviklingsstadier hos mennesker, har forskere produceret en model som kan efterligne hjernens udvikling i laboratoriet. Foto: Dr Steven O'Connor (Houston, Texas)

Vi ved meget om den menneskelige hjerne, men meget lidt om hvordan den dannes. Især tiden fra fra den anden til syvende uge i fosterstadiet har hidtil været nærmest ukendt land  for hjerneforskere. For at blive klogere på netop denne periode har forskere fra Institut for Neurovidenskab og Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Biology på Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet nu udviklet en model, der i laboratoriet efterligner dette    tidlige stadie af menneskehjernen.

Modellen er baseret på embryonale stamceller, der dyrkes i et såkaldt mikrofluidisk system udviklet i samarbejde med bioingeniører fra Lunds Universitet.

”Vi ved, at hjernen i det tidlige fosterstadie bliver udsat for forskellige koncentrationer af vækstfaktorer. Ved at benytte os af mikrofluidiskiske metoder kan vi under ekstremt kontrollerede forhold efterligne det miljø, som findes i det tidlige foster,” forklarer førsteforfatter på studiet, adjunkt Pedro Rifes.

”Når vi udsætter stamceller for det kontrollerede miljø kan vi skabe et væv, der ligner en fosterhjerne på et meget tidligt stadie, omkring 4-5 uger efter æggets befrugtning – et stadie som vi hidtil ikke har kunnet studere.” 

Hjernens livstræ

Forskerne har som mål at bruge den nye model til at lave et kort over hjernecellernes udvikling - en slags ’livets træ’ og derved lære nye ting om, hvordan stamceller udvikler sig til bestemte nerveceller i hjernen.

”Vi har nu for første gang adgang til et væv, som ligner den tidlige fosterhjerne, og derved kan vi gå ind og analysere hvad der sker med hver enkelt celle under udviklingen,” siger forskerleder på studiet, lektor Agnete Kirkeby.

Tanken er, at hjerneforskere verden over vil kunne bruge dette livstræ over hjernens udvikling som en guide til at producere forskellige typer af nerveceller med henblik på stamcellebehandling. Ved at studere nervecellernes naturlige udvikling, kan forskerne hurtigere komme frem til en opskrift på, hvordan cellerne kan produceres i laboratoriet. 

En opskrift på stamcellebehandling

Agnete Kirkeby kender selv betydningen af en hurtigere vej til en stamcellebehandling. Sammen med kolleger fra Lund og Cambridge har hun gennem flere år arbejdet på en stamcellebehandling til Parkinsons sygdom. Dette projekt krævede at Kirkeby og hendes team skulle producere en helt bestemt type af nerveceller, de såkaldt dopaminerge nerveceller, som er de celler der går til grunde i Parkinsons sygdom.

”Vi er nået langt i projektet nu og kan snart for første gang teste stamcellebehandlingen i mennesker. Men det tog os over 10 år at nå så vidt, fordi vi var afhængige af en trial-and-error metodik for at udvikle de rigtige nerveceller fra stamcellerne.”

Med viden fra den nye model forventer forskerne at kunne gøre denne proces meget kortere. 

”Hvis vi forstår præcis, hvordan hjernen udvikler sig i de tidlige stadier, vil vi blive bedre til at styre stamcellerne på en måde, så vi hurtigere og mere effektivt kan lave cellebehandlinger til neurodegenerative sygdomme som for eksempel epilepsi, Parkinsons og visse former for demens,” siger Agnete Kirkeby. 

Nye testmuligheder for stoffer, der kan påvirke hjernens udvikling

Udover at øge vores viden om hjernens udvikling og lette vejen for fremtidens stamcellebehandlinger, mener Agnete Kirkeby at fosterhjernemodellen også kan tjene andre nyttige formål.

”Man vil kunne bruge modellen til at undersøge, hvordan hjerneceller i det tidlige forsterstadie reagerer på en række af de kemiske stoffer, vi omgiver os med i dagligdagen – det kunne være stoffer i vores miljø, i forbrugsprodukter eller i den medicin, som nogle gravide kvinder kan have behov for. Vi har indtil nu ikke haft nogen god model til at teste netop dette,” 

Studiet ”Modelling neural tube development by differentiation of human embryonic stem cells in a microfluidic WNT gradient” er publiceret i tidsskriftet Nature Biotechnology.
 

Kontakt:
Lektor Agnete Kirkeby, Institut for Neurovidenskab
agnete.kirkeby@sund.ku.dk
+45 51685353