Gennemsigtige mus kortlægger hjernens vaskemaskine

Det viser ny forskning, som netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Neuroscience.

Opdagelsen er gjort ved hjælp af studier af musehjerner. Men da både mus og mennesker er pattedyr, ”må man helt klart forvente at finde et lignende system i menneskehjernen”, siger den danske neuroforsker Maiken Nedergaard, der er professor både ved Københavns Universitet og ved det amerikanske University of Rochester.

At hjernen i løbet af søvnfasen skaffer sig af med affaldsstoffer var hovedtemaet i en forskningsartikel som Science – et af verdens vigtigste videnskabelige tidsskrifter – bragte i efteråret 2013.

Denne artikel var skrevet af en gruppe hjerneforskere under ledelse af Maiken Nedergaard, og deres hovedpointe var, at vores hjerne i søvnfasen åbnes og gennemskylles med cerebrospinalvæske (hjernehindevæske). Og når væsken senere løber ud af hjernen via nerver og lymfekar, skylles hjernens affaldsstoffer med ud.

Set under ét kan man sammenligne denne proces med en opvaskemaskine – men indtil nu har forklaringen manglet nogle vigtige detaljer, fortæller professor Maiken Nedergaard:

For vi har ikke vidst, hvordan rørføringen i det karsystem, som sørger for denne proces, egentlig ser ud. Ingen af de skanningsteknikker, vi hidtil har haft til rådighed, har nemlig kunnet aflure dette vaskesystem i hjernen. Men takket være den nye teknik, som kan gøre kraniet gennemsigtigt, kan vi nu begynde at se rørføring fra hjernen. Vi kan i museforsøgene blandt andet se, at der i en pattedyrhjerne er lymfekar, som forbinder hjernen direkte med kraniet! Traditionelt tages hjernen ud, før man studerer den – men derved skæres disse kar jo over.

Den nye teknik repræsenterer en ”helt fantastisk” udvikling, siger Maiken Nedergaard: ”Og den kan få stor betydning for forskning i en lang række af de sygdomme hos mennesker, som involverer og påvirker hjerneprocesser – for eksempel Alzheimers og psykiatriske lidelser. En forbedret forståelse af disse sygdomme er også vigtig for at kunne udvikle medicin, der bygger på andre principper end den medicin, som tilbydes i dag”.

Væk med fedtet

Den nye teknik – vDISCO – der kan gøre væv gennemsigtigt, er udviklet af den tyrkiske neuroforsker Ali Ertürk, der forsker i slagtilfælde og demens ved det tyske Ludwig Maximillian Universität München. Og Ertürk er også lederen af det videnskabelige hold, der står bag den nye artikel i Nature Neuroscience.

Sagt meget firkantet, har Ali Ertürk med vDISCO fundet ud af, hvordan man ved hjælp af en ’cocktail’ af organiske opløsningsmidler kan trække fedt og pigment ud af dødt væv.

For at skabe en gennemsigtig mus, må han altså først aflive en forsøgsmus – og når fedtet og pigmentet er trukket ud, skrumper musen: Den bliver bliver hård, nærmest plastikagtig.

Nu står Ali Ertürk så med et kadaver, hvis organer og blod- og lymfebaner er intakte – og det kan undersøges med avancerede former for mikroskopi.

Det betyder, at man blandt andet kan følge forskellige ’veje’ rundt i organismen – herunder se hvor og hvordan hjernehindevæsken spreder sig i hjernen. Eller studere, om eksempelvis en svulst i hjernen skaber reaktioner i celler helt andre steder i kroppen.

Det smarte ved denne undersøgelsesteknik er, at alle organer og ’rørførings-systemer’ er intakte, fordi intet er skåret ud. Og de svar, forskerne søger, kan skaffes via nogle særlige strukturer, som Ali Ertürk også har udviklet.

Disse strukturer – som i princippet er bitte-bitte små kugler, der kan komme ind alle vegne – kan ved hjælp af en klassisk teknik gøres fluorescerende og derfor lyser de grønt, når de rammes af laserlys fra et mikroskop. Hertil kommer, at det i laboratoriet også er muligt at manipulere de små strukturer således, at de søger hen mod og binder sig til bestemte celler eller proteiner i den gennemsigtige mus.

”Det er virkelig et genialt undersøgelsessystem, Ali Ertürk har udtænkt. Og da jeg blev opmærksom på det for et par år siden, henvendte jeg mig til ham og spurgte, om han kunne hjælpe os med at kigge nærmere på rørføringen i det karsystem, der sørger for, at hjernen bliver vasket i søvnfasen”, fortæller Maiken Nedergaard. Som sammen med Anna Xavier, der er postdoctoral fellow ved Københavns Universitet, forberedte de biologiske prøver, Ertürk behøvede for at kigge efter det særlige karsystem.

Forsøg med mennesker?

De lymfekar, der forbinder hjernen og rygmarven med skelettet – og som Ali Ertürk pludselig kunne se ved hjælp af de gennemsigtige mus – er virkelig mikroskopiske!

De ville aldrig kunne opdages, hvis man tog musehjernen ud af kraniet – og på samme måde vil det være hos mennesker, forklarer professor Maiken Nedergaard.

Skal man ved hjælp af vDISCO undersøge disse lymfekar hos mennesker, kræver det derfor, at forskerne får den nødvendige adgang til at forske på lig. Det vil i sagens natur indebære forskellige overvejelser, også af etisk art, men tanken om også at bruge teknikken til at undersøge den særlige opvaskemaskine i menneskets hjerne er bestemt logisk rent videnskabeligt, siger Maiken Nedergaard:

”Der ville være en række spørgsmål, jeg som hjerneforsker godt kunne tænke mig at se nærmere på. Et af dem kunne handle om, hvordan tiden – livets gang – påvirker hjernens rengøringssystem, det glymfatiske system. Er det for eksempel sådan, at dette system er anderledes – måske med dårligere passage – hos ældre, end hos unge? Og hvordan er det glymfatiske system hos eksempelvis Alzheimers-patienter i forhold til jævnaldrende, der ikke led af demens? Hvad sker der med systemet, når man slår sit hoved? Og kunne det tænkes, at alvorlig depression påvirker dette rørføringssystem? Der vil være nok at tage fat på”, siger Maiken Nedergaard.

Den nye artikel i Nature Neuroscience er blevet til i samarbejde mellem Ali Ertürk, en række tyske og en række amerikanske forskere – samt Maiken Nedergaard og Anna Xavier. Arbejdet har blandt andet været finansieret af den tyske Fritz Thyssen Stiftung, af National Institutes of Health (NIH), USA – og af Lundbeckfonden, der støtter Maiken Nedergaards forskning.