I en petriskål kan ingen høre deg skrike

Med stamcelleteknologi kan forskere dyrke vev i laboratoriet som er helt identisk med vårt hjernevev. Dette gir helt nye muligheter til å forske på hjernesykdommer som rammer millioner av mennesker. Men vet de kunstige laboratoriehjernene at vi bruker dem

Hjernen er vårt viktigste organ, og sykdommer i hjernen kan sette oss helt ut av spill. Vi vet overraskende lite om hvordan hjernen fungerer, og hvordan sykdommer utvikler seg i den, men en ny teknikk basert på stamceller kan vaere gjennombruddet hjerneforskerne har ventet på: Kunstige minihjerner skapt i laboratoriet gir et unikt innblikk i hjernens funksjon.

Forsøkene reiser imidlertid et etisk spørsmål, for mens forskeren ser inn i petriskålen, kan minihjernen se opp på forskeren – og skrike av smerte.

Legene ønsker virkelig å vite mer om hjernen, for listen over sykdommer som hører hjemme der, er lang:

Millioner av mennesker blir invalidisert av alvorlige nevrologiske lidelser som multippel sklerose, epilepsi og parkinson. Psykiske lidelser har alvorlige konsekvenser for både barn og voksne med autisme, schizofreni og bipolar lidelse. Og tilfeldige mennesker påvirkes av ytre påvirkninger som zikaviruset, som kan skade hjernen hos fostre.

Etterlyst: hjerner til eksperimenter Et stort problem for hjerneforskerne er at hjernen ligger godt beskyttet inne i hodet, noe som gjør det vanskelig for forskerne å se hva som faktisk foregår når en sykdom herjer. Legene må derfor lete etter andre måter å avsløre hjernens hemmeligheter på: De kan studere hjernen til forsøksdyr, bruke hjernen til avdøde mennesker eller bruke hjerneskanning. Men ingen av de tre alternativene er perfekte.

Ingen dyrehjerne er identisk med et menneskes, så resultatene fra dyreforsøk kan aldri overføres direkte.

De fleste donorhjerner er fra voksne, så de gir ikke mye informasjon om hvordan for eksempel autisme utvikler seg i barnehjerner, og selv en stor samling hjerner fra folk med schizofreni sier ikke nødvendigvis så mye om sykdommen.

De avdøde har sannsynligvis fått ulike medisiner mot sykdommen gjennom livet, noe som kan ha påvirket hjernen på måter som er umulige å avdekke. Og en MR-skanners ekstremt detaljerte bilder gir et godt øyeblikksbilde, men sier ingenting om hjernens utvikling.

I 2006 førte imidlertid en epokegjørende oppdagelse til en helt ny tilnaerming til studiet av levende hjerner.

Hjernen vokser i en petriskål

Det var da den japanske forskeren Shinya Yamanaka oppdaget en metode for å lage såkalte induserte pluripotente stamceller, iPS. Stamceller er en bestemt type celler som kan bli til alle andre celletyper i kroppen – også hjerneceller.

Vanligvis finnes stamceller bare i fosterstadiet, men Yamanaka klarte å forvandle vanlige hudceller til celler med samme egenskaper som stamceller fra fostre. Disse cellene kalles iPS.

For nevroforskere innebar iPS muligheten til å programmere stamceller til å danne hjerneceller og få dem til å vokse.

I 2013 klarte forskere å programmere iPS-celler til å dele seg og vokse til 3D-strukturer. De første «cerebrale organoidene» – minihjerner – så dagens lys. I motsetning til for eksempel leveren er ikke hjernen en ensartet masse av celler. Den består av mange områder som hver for seg utfører spesialiserte funksjoner og inneholder bestemte typer hjerneceller.

Minihjerner består bare av én type celler og kan derfor aldri bli hjerner. De kan sammenlignes med komponentene i for eksempel et fly. Uansett hvor mange vinger du har, kan de aldri bli et helt fly. Minihjernen er dessuten svaert liten. En hjerneorganoid har bare 100 000 nevroner som kan kommunisere med hverandre. En virkelig hjerne har opptil en million ganger så mange.

Til sammenligning ville en hjerne som er en million ganger så stor som vår, veie 1500 tonn, like mye som 400 fullvoksne elefanter. Til tross for sin lille størrelse har minihjerner vist seg å vaere et ekstremt effektivt verktøy, og de har for eksempel gitt legene ny innsikt i det fryktede zikaviruset.

Bedre liten og våken

Zika er ikke farlig for voksne, men hvis en gravid kvinne smittes, er det en risiko for at barnet blir født med misdannet hode og hjerne.

Ved å overføre zikaviruset til en miniatyrhjerne i laboratoriet har forskerne oppdaget nøyaktig hvordan sykdommen påvirker viktige områder i hjernen og bremser veksten. Denne kunnskapen er det første viktige skrittet mot en behandling.

Autisme er en annen sykdom som utvikler seg i den unge hjernen, og med minihjerner kan forskerne undersøke nøyaktig hva som skjer i den tidlige utviklingen av hjernen der sykdommen oppstår.

I teorien kan hjerneorganoidene brukes på praktisk talt alle tenkelige hjernesykdommer og brukes til å teste ut nye legemidler uten å skade mennesker.

Dermed gir de håp om behandling for millioner av pasienter. Å eksperimentere med de små «hjernene» reiser imidlertid noen enorme etiske spørsmål, ettersom organoidene består av levende celler og derfor i prinsippet er levende.

Hva om de vet at de blir (mis)brukt i eksperimenter og kanskje til og med lider når legene påfører dem sykdommer eller tester ut nye medisiner?

Kritikere av teknologien har stilt dette spørsmålet siden den første hjernecellen delte seg i en petriskål, og ekspertene har ikke noe klart svar.

På den ene siden er minihjerner ekstremt små og ikke utstyrt med noe som kan sanse omverdenen. På den annen side har vi ikke et fullstendig bilde av hvordan hjernen fungerer, så vi kan ikke kategorisk utelukke at minihjerner kan føle noe.

Men nevroforskerne venter ikke på at spørsmålet skal bli besvart. De fortsetter forskningen med lovende resultater.