Hjärna på chip vid forskning om hjärnans sjukdomar

Forskaren Anna Herland vid Linköpings universitet tilldelas utmärkelsen NYTÄNKAREN och 400 000 kronor av stiftelsen Forska Utan Djurförsök för att fortsätta sitt arbete med att vidareutveckla ”organs-on-chips”-modellen; dvs mänskliga organ på mikrochip.
Anna Herland och hennes forskningsgrupp har utvecklat en ”hjärna på chip” som bland annat kan användas i forskning om hjärntumörer, Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom.
Utmärkelsen delas ut den 12 september 2016 vid en sammankomst i Stockholm.

”Hjärna på chip”
Den mänskliga hjärnan är väldigt komplex och består av olika typer av nervceller med understöd av gliaceller och ett tätt nätverk av blodkärl. Blodkärlen bildar den så kallade blod-hjärnbarriären, en funktion som skyddar de känsliga nervcellerna från farliga ämnen men som samtidigt tillåter transport av utvalda molekyler från blodet till hjärnan och vice versa. Funktionen hos blod-hjärnbarriären bildas genom interaktionerna i och runt blodkärlen. Många av dessa funktioner, och även nervcellernas funktioner, är specifika för människan vilket är en stor utmaning vid läkemedelsutveckling för hjärnans sjukdomar som till exempel hjärntumör, Alzheimers och Parkinsons. Dagens modeller av den neurovaskulära enheten och nervsystemet är ofta baserade på djurceller vilket riskerar att ge missledande resultat.

”Tack vare Forska utan Djurförsök har vi utvecklat nya sätt att modellera nervfunktion i relation till Alzheimers sjukdom” säger Anna Herland och fortsätter ”i det här forskningsprojektet har vi som mål att utveckla en funktionell modell av blodkärlen och de omgivande cellerna i hjärnan, den så kallade neurovaskulära enheten. Cellerna kommer utvinnas från stamceller skapade från friska människor men kan också vara från patienter med olika sjukdomar”.

Användningsområden
En ”Hjärna på Chip” kan användas för att studera ett brett urval av läkemedel och gifter för att förstå hur de kan nå hjärnan och vilken effekt de skulle ha på nervceller. Resultaten kan jämföras med vad som är känt från patienter och vara viktiga för andra forskare inom akademi och industri som är intresserade av att använda systemet. Resultaten av detta projekt förväntas leda till minskad användning av försöksdjur och celler utvunna från djur.

”Biomedicinsk forskning bör ha som mål att skapa bättre förståelse för människans kroppsfunktioner och sjukdomar. Utifrån denna kunskap kan vi skapa bättre behandlings- och diagnostikmetoder. Det är problematiskt att använda människor i grundforskning, därför används ofta olika modellsystem. Försöksdjur är vanliga modellsystem, vilket är etiskt problematiskt och dessutom gör den stora skillnaden mellan djurs och människors fysiologi att det ofta är svårt att tolka resultaten” säger Anna Herland och fortsätter ”en annan vanlig modell är mänskliga celler som odlas i laboratorium. Tyvärr förlorar cellerna väldigt snabbt sina fysiologiska funktioner utanför kroppen och också dessa resultat kan ifrågasättas. Detta gäller speciellt den mänskliga hjärnan eftersom både djurmodeller och konventionella cellodlingar visar väldigt lite överenstämmelse med en frisk eller sjuk mänsklig hjärna. Vi använder mänskliga celler och ”Organs-on-chips” for att skapa en kroppslik miljö. Målet är att vi vill skapa bättre modeller av den mänskliga hjärnan och använda dem både för både grundforskning och läkemedelsutveckling” avslutar Anna Herland.

Bakgrundsfakta ”organs-on-chips”
Alla organ i kroppen är beroende av flöde av kroppsvätskor, det dominerande systemet är naturligtvis blodflödet. En stor andel av de organspecifika funktionella cellerna i kroppen är i direkt kontakt med blodkärlsväggar. Genom att skapa mikroflödeskanaler i system mindre än ett USB-minne kan man skapa cellkulturmodeller där organspecifika celler står i direkt kontakt med blodkärlsceller. Dessutom kan man exakt kontrollera hur cellerna utsätts för flöden och olika näringsämnen.

Detta gör att cellerna är i en mycket mer kroppslik miljö och kan behålla sin funktion bättre. Chip-systemen är dessutom helt transparenta så det är lätt att observera hur cellerna beter sig. Eftersom tillverkningsmetoderna av chipen har sin grund i datorchip-teknologi så är det lätt att integrera ytterligare elektroniska funktioner och sensorer i dem, vilket ytterligare underlättar studier av cellerna. Tidigare forskning har skapat ”Organ-on-Chip”-modeller av tarmen, lungan och njuren, medan Anna Herland har varit direkt involverade i modeller av lever, blod-hjärnbarriären och hjärnan.