Teknisk utveckling möjliggör avancerad hjärnforskning

Magnetkameran som utvecklades i början av 1970-talet och började användas i sjukvården på 1980-talet ger oss möjlighet att svara på frågor kring hjärnans plasticitet, det vill säga hur pass föränderlig och anpassningsbarhjärnan är, vilket annars inte hade gått.

PET-kameran, som är en senare bildteknik än magnetkameran används bland annat för att spåra spridningen av beta-amyloid, ett protein och typiskt kännetecken för Alzheimers sjukdom.

Kopplingen mellan gener och sjukdom

Framsteg inom teknik för att analysera och tolka vår arvsmassa har också kraftigt flyttat fram möjligheterna att öka kunskapen om nervsystemet. Framstegen inom analysen av stora mängder genetisk information från patienter har ökat kunskapen om hur en rad olika arvsanlag (gener) vi bär på kan bidra till sjukdom.

Det visar sig ofta att ett flertal varianter av våra gener i kombination kan bidra till olika sjukdomar och funktionsnedsättningar i hjärnans funktioner. Tidigare har man mest kunnat fastställa koppling mellan en viss variant av ett arvsanlag i sänder med ett stort genomslag på vår hjärnhälsa, men tekniken visar på en komplicerad bild när det gäller utvecklingen av hjärnans funktioner där ett stort antal gener bidrar. Samtidigt bidrar denna ökade kunskap till hopp om nya behandlingar.

Tillkomst av förfinande och nya metoder för att studera hjärnan är en kontinuerlig process. Forskarna kan nu, förutom att få detta helhetsperspektiv på patientens hela arvsmassa, analysera alla geners aktivitet i ett stort antal individuella celler i hjärnan (”single cell RNA analysis”). Detta har gjorts möjligt genom en kombination av ny automatiserad analysteknik och nya sätt att hantera enormt stora datafiler.

Riskfaktorer för hjärnsjukdomar

Kunskapen ökar nu snabbt om vilka enskilda celler i hjärnan och övriga delar av nervsystemet som använder sin speciella uppsättning av gener för att fungera.

Nya möjligheter att förändra gener hos odlade celler, såväl som hos försöksdjur, har gjort helt nya studier av hur hjärnan fungerar möjliga. Till exempel finns möss där ökad aktivitet hos nervceller leder till bildning av ett permanent markörprotein i dessa celler. Efter att musen fått lära sig någonting kan man då se var och när de nervceller som behövdes för inlärningen varit aktiva.

I kombination med nya metoder att isolera celler av en viss sort, såsom nervceller, stödjeceller (olika former av glia), immunceller eller celler som bildar hjärnans blodkärl, från sjuka och friska hjärnor, ökar möjligheterna att förstå vilka cellulära processer som orsakar sjukdom. Massiva studier av våra gener fortsätter alltså i snabbare takt för att finna riskfaktorer och orsaker till sjukdomar i hjärnan.

I ett längre perspektiv kan denna kunskap leda till förståelse av genetiska samband mellan olika hjärnsjukdomar, tidig upptäckt av sjukdom och bättre behandling av hjärnsjukdomar.

Olika sätt att avbilda hjärnan

Avbildningstekniker ger forskarna alltmer exakta verktyg för att analysera hjärnan och hjärnrelaterad ohälsa. Datortomografi eller skiktröntgen (CT på engelska) används för att se olika vävnadstyper i hjärnan. Metoden är viktig för att kunna upptäcka blödningar i hjärnan, till exempel efter en trafikolycka.

Med magnetkamera kan man däremot se sjukdomar och tillstånd som är svåra att upptäcka med CT, såsom hjärntumörer. Man kan också genom att mäta blodflödet till olika delar av hjärnan, se vilka delar som aktiveras när hjärnan är verksam på olika sätt.

PET är en metod där man via blodet sprutar in en radioaktivt märkt molekyl som man sedan kan följa. På så sätt studeras bl.a. förändringar i hjärnan vid Parkinsons och Alzheimers sjukdom med stor precision. MEG-kameran mäter de magnetfält som alstras runt huvudet av hjärnans elektriska signaler. Med MEG-kameran kan man följa mycket snabba förlopp i hjärnan i realtid.

Optogenetik-när ljus och gener kombineras

Ett annat tekniskt framsteg är mer experimentellt. Optogenetik kombinerar genmodifiering med ljuspåverkan och ger oss förståelse för hur specifika nervceller i hjärnan utvecklas. Man använder ljuskänsliga proteiner från encelliga organismer och sätter in dem i nervcellerna hos möss.

De här proteinerna har egenskapen att de slås på och påverkar cellerna när man lyser på dem genom att föra in en tunn optisk fiber i hjärnan. Alternativ till optogenetik är att tillföra ljud- eller drogkänsliga proteiner till de nervceller man önskar påverka.

På mikroskopisk nivå använder forskare också nya avbildningsmetoder. Nya mikroskop med högre upplösningsförmåga kan användas, hjärnvävnad kan göras genomskinlig och kan till och med fås att svälla innan den snittas i tunna skivor och studeras i mikroskop.

Nya metoder möjliggör nya  behandlingar

Ytterligare en metod är att genförändra nervceller så att de ”blinkar” när de är aktiva. Man kan sedan föra in extremt små mikroskop i hjärnan och på plats i verklig tid studera vilka nervceller som aktiveras medan hjärnan arbetar.

Metoderna för att skapa nervceller av andra typer av celler har också utvecklats. Det går till exempel att omvandla en persons egna hudceller eller stödjeceller i hjärnan till sådana nervceller som degenererar vid Parkinsons sjukdom. Dessa metoder är intressanta för utvecklingen av framtida behandling av en rad liknande sjukdomar.