Er det mulig å etterligne psykiske lidelser i laboratoriet?

Årsakene til alvorlige psykiske lidelser som schizofreni og bipolar lidelse er komplekse, og involverer både arvelige og miljømessige faktorer. For å kunne oppdage slike lidelser på et tidlig tidspunkt og utvikle bedre medisiner, trenger vi å forstå mer om hva som skjer i hjernen, helt ned til molekylnivå. De siste tiårene har forskere undersøkt hjernevev fra døde pasienter, eller celler fra mus eller hjernesvulster, for å kartlegge molekylære mekanismer ved lidelsene. Det er imidlertid flere utfordringer med disse metodene. Blant annet er det vanskelig å bevare hjernevev over tid, og cellene i vevet kan påvirkes både av donorens alder og bruk av medisiner. Hjerneceller fra mus mangler kompleksiteten til menneskelige celler, og celler fra hjernesvulster inneholder også kreftceller. Det er derfor behov for bedre metoder for å gjøre fremskritt i forskningen. Et spennende alternativ til de originale metodene, er bruk av stamceller. 

Ny kunnskap og teknologi har gjort det mulig å omdanne vanlige hudceller til en type celler som kalles induserte pluripotente stamceller (iPSC). Slike celler kan utvikles i laboratoriet og kan bli til praktisk talt alle celletyper i kroppen vår, inkludert nerveceller og andre celler i hjernen. Disse cellene kan igjen omdannes til tredimensjonale, hjernelignende strukturer kalt hjerneorganoider som inneholder mange ulike celletyper i hjernen. Slike hjerneceller utviklet fra stamceller, beholder den genetiske informasjonen om individene som donerte cellene [1]. Dette gjør dem ideelle til å studere lidelser som påvirkes av gener, slik som schizofreni og bipolar lidelse.

Ved schizofreni og bipolar lidelse kan være en ubalanse i hjernens signalstoffer. Dette kan føre til endringer i de elektriske signalene mellom nervecellene. Nerveceller kommuniserer med hverandre ved hjelp av kjemiske og elektriske signaler. Det er dette som er grunnlaget for all aktivitet i hjernen og som gjør at vi kan tenke og føle. De elektriske signalene kan fanges opp og registreres ved hjelp av en metode som heter EEG (elektroencefalogram). Ved NORMENT undersøkes både pasienter og friske personer med EEG, og forskere ved senteret har funnet ut at de elektriske signalene hos personer med schizofreni og bipolar lidelse viser et annet mønster enn hos friske mennesker.

Forskning har nylig vist at når man omdanner pluripotente stamceller til hjerneorganoider, så kan disse produsere lignende nervesignaler som man finner hos for tidlig fødte barn [2]. Dette inspirerte vår forskergruppe til å omdanne stamceller fra personer med bipolar lidelse og schizofreni til slike hjerneorganoider for å undersøke de elektriske signalene. Vår hypotese er at de elektriske signalene som produseres av organoidene i laboratoriet, ligner på EEG-signalene hos personene som har donert cellene. For å undersøke dette, må vi modne organoidene i laboratoriet og deretter måle EEG-signalene deres. Dette er et møysommelig arbeid, hvor organoidene må være under streng overvåkning i åtte måneder mens de modner og vokser i laboratoriet.

Hvis vi finner et samsvar mellom nervesignalene i hjerneorganoidene og hos pasientene, vil denne metoden kunne gi helt nye muligheter for å undersøke overføringen av signaler mellom nervecellene i hjernen, og hvordan dette kan være endret ved psykiske lidelser. Etter hvert vil hjernestrukturene fra laboratoriet også kunne brukes til å prøve ut effekten av ulike medikamenter og undersøke hvordan disse påvirker hjernesignalene. 

Referanser

1. Reis de Assis, D. et al. Using iPSC Models to Understand the Role of Estrogen in Neuron-Glia Interactions in Schizophrenia and Bipolar Disorder. Cells 10, doi:10.3390/cells10020209 (2021). 

2. Trujillo, C. A. et al. Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development. Cell Stem Cell 25, 558-569.e557, doi:10.1016/j.stem.2019.08.002 (2019).