En gruppe forskere på Aarhus Universitet har fået unik adgang til hjernevæv, som er tilovers fra operationer. Som de første i Danmark kan de fx teste nye lægemidler eller undersøge kroppens egne signalstoffer på levende stykker menneskehjerne i laboratoriet.

05.07.2021 | Line Rønn

Når patienter får fjernet en tumor i hjernen på Aarhus Universitetshospital, venter post.doc Emma Louise Louth på operationsstuen. Hun er kommet for at hente et lille stykke levende hjernevæv.

Forskeren fra Aarhus Universitet har medbragt en beholder med kunstig cerebral spinalvæske – en efterligning af den substans, der ligger beskyttende uden om hjernen og rygmarven. Væsken er iltet og iskold, og den kan holde det lille stykke hjerne i live på bagsædet af Emma Louise Louths bil indtil hun ankommer til laboratoriet i Universitetsparken.

Hun skærer straks det lille stykke menneskehjerne ud i tynde skiver og lægger det tilbage i en beholder med ioner og salte ved stuetemperatur. Her kan hun holde det i live i 12 timer.

I det næste halve døgn har Emma Louise Louth, og resten af forskningsgruppen ledet af professor Marco Capogna, chancen for at lave studier og eksperimenter, som indtil nu kun har været muligt på forsøgsdyr.

Gruppens første studie på humant hjernevæv blev udgivet i foråret 2021 i det internationale tidsskrift Frontiers in Cellular Neuroscience, og her har forskergruppen sammenlignet de dopamin-forstærkede forbindelser mellem neuroner i mennesker og mus.

”Jeg har lånt analogien fra en anden forsker: Musestudier kontra menneskestudier er dybest set som at se på en Nokia 3310, når man prøver at reparere en iPhone. De har de samme grundlæggende funktioner – men der er meget større kompleksitet i den menneskelige hjerne. Vi ved endda, at der er forskelle i typen af ​​celler og ​​visse receptorers udtryk. Derfor er det en enestående mulighed, at vi nu kan teste direkte i menneskeligt væv,” forklarer Emma Louise Louth.

Hun har stået i spidsen for det første studie, som viser, at dopamin - kendt for sin rolle i hjernens belønningssystem - styrker forbindelserne mellem neuroner i den menneskelige hjerne. Det er vigtig viden og kan skabe nye muligheder for behandling - for eksempel ved genoptræning efter et slagtilfælde, eller anden akut hjerneskade, hvor patienter mister synaptiske forbindelser i hjernen og har brug for at danne nye.

”Vi har fået mulighed for at vise, at dopamin spiller en forskellig rolle hos mennesker og mus. Det er et rigtig godt eksempel på, hvordan effekten af ​​et lægemiddel, eller en neurotransmitter, varierer mellem arter, og det fremhæver betydningen af ​​at kunne teste lægemidler direkte på humant væv,” fortæller Emma Louise Louth.

Stort set alle siger ja

Det er et helt særligt samarbejde mellem neurokirurgerne på Aarhus Universitetshospital og professor Capognas forskergruppe på Institut for Biomedicin, der har muliggjort den første danske forskning i levende menneskehjerne.

Når patienter med en hjernetumor kommer ind til en konsultation før operationen, bliver de informeret om, at kirurgerne er nødt til at fjerne en vis mængde rask hjerne for at komme ind til tumoren. Og de bliver spurgt om, hvorvidt de vil donere stykket til et forskningsprojekt. Stort set alle siger ja, fortæller Emma Louise Louth:

”Folk er normalt meget glade for at donere det til noget nyttigt.”

Derfor kan hun cirka hver anden uge starte bilen og køre til hospitalet i Skejby for at hente friskt og raskt væv. Hun ved ikke, hvem hjernen tilhører – forskningsgruppen får kun grundlæggende oplysninger om, hvilket område af hjernen stykket kommer fra, hvor langt det sidder fra tumoren, og om patientens køn, aldersgruppe, medicinforbrug og evt. andre sygdomme.

Den banebrydende forskning kan kun finde sted, fordi neurokirurgerne fra Jens Christian Hedemann Sørensens team ved Aarhus Universitetshospital sammen med professor Anders Rosendal Korshøj fra Institut for klinisk Medicin har lyst til at gøre en ekstra indsats. Forskere og kirurger har sammen holdt mange møder om projektet, og kirurgerne har fået en liste med gyldne regler, de skal følge under operationen.

”For kirurgerne er det en helt anden proces end normalt. De skal være meget forsigtige med skalpellen, og de skal helst ikke bruge koagulatoren, der genererer varme, for det er ikke godt for mit levende væv. De skal heller ikke gribe hårdt med en pincet, når de tager vævet ud. Hver kirurg, der leverer væv, skal involveres, og det kræver meget kommunikation,” forklarer Emma Louise Louth.

”Heldigvis har vi at gøre med en gruppe nysgerrige og interesserede neurokirurger, der ønsker at interagere med den akademiske side.”

Kan stykket stadig føle smerte?

Det kan ikke undgå at rejse filosofiske spørgsmål, når et levende stykke af det mest centrale organ i det menneskelige nervesystem ligger der i skålen – og lever. Kan det føle smerte? Kan det tænke?

Nej, siger Emma Louise Louth:

”Enhver følelse eller tanke skal gå gennem mange dele af hjernen. Det stykke, vi arbejder med, er på størrelse med det yderste af en tommelfinger, og stykket er ikke længere forbundet til andre områder af hjernen. Jeg kan godt forstå, at man spekulerer over, om neuronerne i skålen har en hukommelse, men det er ikke muligt.”

Forskergruppen arbejder lige nu på en metode, der kan holde de små skiver af hjerne i live i op til 10 dage.

Gruppen har indledt et samarbejde med Allen Institute for Brain Science i USA, som producerer hurtigtvirkende virus. Forskerne håber at kunne bruge virus til at gøre specifikke neuroner i hjernen selvlysende, og dermed blive klogere på, hvordan de kommunikerer.

”Det første projekt handlede primært om at etablere samarbejdet med kirurgerne og få adgang til sundt, levende væv. Nu planlægger vi alle de spændende studier, vi kan lave med det,” siger Emma Louise Louth.

 

Fakta: Sådan foregår det i laboratoriet

Forskeren skærer hjernevævet i tynde skiver og placerer et stykke under et mikroskop.

Derefter stikker forskeren i hjernevævet med en glaspipette, som har en elektrode i spidsen. På den måde kan forskeren aktivere hver enkelt neuron - og måle og optage de elektriske signaler, der flyder gennem den. Teknikken kaldes helcelle-elektrofysiologi.

Det betyder, at forskeren kan teste neuronernes reaktion på forskellige stoffer – fx dopamin. Hun kan se, hvordan cellerne reagerer på stoffet, hvordan neuroner kommunikerer, og hvordan forbindelserne ændres over tid.

 

Bag om forskningsresultatet

• Artiklen er publiceret i Frontiers in Cellular Neuroscience
• Der er tale om et experimentielt researchstudie
• Studiet er lavet I et samarbejde mellem Aarhus Universitet og Aarhus Universitetshospital.
• Studiet er støttet af det Europæiske Forskningsråd.

 

Kontakt

Postdoc Emma Louise Louth
Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet
E-mail: emma.louth@biomed.au.dk
Telefon: +4581923938