Hjernemodel åbner for at teste medicin mod Parkinsons sygdom

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.

Denne løsning åbner for muligheden for at udvikle teknologien til et implantat, som måske en dag kan indopereres i hjernen hos parkinsonpatienter. I dag har forskerne udviklet en første prototype, som er klar til at blive testet i dyr.

”Med et implantat kan vi potentielt behandle for parkinson præcis i den del af hjernen, hvor problemerne findes. I dag behandles patienterne med medicin, som de indtager gennem munden. Det er derfor ikke en særlig målrettet behandling, og det betyder, at hele deres hjerne bliver udsat for medicinen, og det kan give en række uønskede bivirkninger,” siger Jenny Emnéus.

Sammen med italienske og norske forskere arbejder DTU-forskerne på at udvikle en  fjernbetjening, som patienterne kan bruge, efter at de har fået indsat deres implantat. Fjernbetjeningen skal kunne kontakte implantatet og aktivere lys og derved stimulere frigivelsen af dopamin, samtidig med at implantatet måler, hvor meget dopamin der frigives, når patienterne oplever symptomerne.

Hvis forskerne har succes med at udvikle systemet, så er det stadig et åbent spørgsmål, hvordan patienter skal dosere dopamin til sig selv.

”Vi forestiller os, at dopamin-doserne skal være lægeordinerede, eller at en læge på baggrund af patientens symptomer skal ordinere det interval, som dopaminen skal doseres i, så patienterne ikke sætter deres motoriske hjernecenter på konstant overarbejde,” siger Jenny Emnéus.

10 år til ny behandling

OpenMIND-forskningen er sikret finansiering frem til 2025, og forventningen er, at forskningen kan føre til udvikling af en testplatform for andre hjernenedbrydende sygdomme, i medicinsk fagsprog neurodegenerative sygdomme. Testplatformen skal bl.a. kunne udnyttes af private virksomheder, som afprøver nye typer medicin og behandling af sygdomme.

Det vil ifølge Jenny Emnéus tage mindst ti år, før forskningen kan føre til egentlige tilbud om nye behandlinger til patienter.

Fakta om parkinson

I Danmark lever op til 12.000 mennesker med Parkinsons sygdom, og ifølge Parkinsonforeningen lever 7-10 mio. mennesker over hele jorden med sygdommen. Europa står over for en stor udfordring med en befolkning med flere ældre borgere, som vil blive ramt af neurodegenerative sygdomme.

Der er ingen kur mod Parkinsons sygdom, og eksisterende behandlinger lindrer kun symptomer. Der mangler stadig en forskningsmæssig beskrivelse af de underliggende mekanismer ved Parkinsons sygdom, bl.a. fordi eksisterende dyremodeller ikke gør det muligt at efterligne den menneskelige biologi.