Frembringelse af dyr med "humaniserede" hjerner: Eksempler fra neuro- og stamcelleforskningen
v/Jens Zimmer Rasmussen, professor, dr. med., Institut for Medicinsk Biologi, Syddansk Universitet
Varighed: 33:41
For at forstå hvorfor der transplanteres af stamceller og umodne nerve- og gliaceller (støtteceller) fra mennesket til hjernen af dyr, er med en kort introduktion til stamceller og stamcelleforskning nødvendig:
Den basale stamcelleforskning er tæt forbundet med udviklingsbiologien i dens forsøg på -1) at definere og isolere bestemte typer af celler som stamceller fra det helt tidlige fosteranlæg (embryonale stamceller) og -2) at kortlægge, hvilke forhold (genetiske og ikke-genetiske) der regulerer den videre udvikling af disse celler og deres generationer af datterceller frem mod de ca. 300 specialiserede celletyper, som findes i fosteret og hos det nyfødte og voksne individ. Baseret på deres oprindelse opdeles stamceller i embryonale stamceller fra det helt tidlige fosteranlæg, hvor cellerne har potentialet til at udvikle sig til alle kroppens celler, og vævs-deriverede eller "voksen-stamceller", som findes i de allerede dannede væv og organer. Nyere forskning tyder endvidere på, at vævs-deriverede stamceller og endda fuldt udspecialiserede celler gennem påvirkning kan reprogrammeres til som inducerede pluripotente stamceller at få næsten samme egenskaber som embryonale stamceller.
Den "anvendte" stamcelleforskning bygger på den basale stamcelleforskning, men har som mål er at udvikle sikre metoder til behandling af sygdomme, misdannelser og beskadigelser gennem -a) erstatning af tabte celler med nye celler udviklet fra stamceller, eller –b) fremme af kroppens egne stamcellers evne til reparation. I den anvendte stamcelleforskning kombineres viden om stamcellers basale egenskaber og hvilke celletyper, de og deres datterceller kan danne, med viden som bestemte sygdomme og de patologiske processer, som sygdommene sætter gang i.
I basal og anvendt eksperimentel neuroforskning anvendes umodne stamceller og deres umiddelbare datterceller (progenitor-celler) fra hjerner af dyre- og menneske-fostre til udforskning af disse cellers egenskaber, og hvordan de kan indsættes i beskadigede områder til erstatning af tabte nerve- og gliaceller med henblik på gendannelse af nerveforbindelser og funktioner. Tilsvarende forskning, som ofte udføres af de samme forskergrupper, tager udgangspunkt i embryonale stamceller, som kan blive til flere forskellige typer af celler, men har en længere udviklingsvej.
Størstedelen af neuroforskningen i udvikling og terapeutisk brug af embryonale stamceller (fra mennesker og dyr), samt den parallelle forskning i hjernens egne stamceller, foregår som celle- og vævsdyrkning (in vitro). Normalt fungerer og udvikles nerveceller og gliaceller imidlertid i tæt 3-dimensional kontakt med hinanden inde i selve hjernevævet, som de jo også skal vekselvirke med, hvis de efter transplantation skal erstatte tabte celler og reparere skader. Transplantation af embryonale og vævs-deriverede neurale stamceller og progenitorceller til hjernen af umodne og voksne hjerner på dyr (primært rotter og mus) anvendes derfor som test for, -1) hvordan cellerne i forsøgsmålestok kan indsættes i hjernen, og - 2) hvordan cellerne opfører sig i samspil med modtagehjernens celler i normalt eller beskadiget hjernevæv, - eksempelvis om de vandrer til de korrekte steder under udviklingen eller i forhold til den skade, der skal repareres, om de danner normalt forløbende og elektrofysiologisk fungerende nerveforbindelser med modtagehjernens egne nerveceller, om de reducerer symptomerne på beskadigelse eller modsat forværrer symptomerne, og om de giver andre bivirkninger, herunder danner tumorer. Selv godartede tumorer er skadelige i et lukket rum som kraniet. Samlet set, var det netop først efter, at man havde transplanteret humane insulin-producerende celler fra bugspytkirtlen og dopaminerge nerveceller fra hjernestammen af aborterede fostre til dyr, at man udførte tilsvarende transplantationer til diabetes- og Parkinson-patienter og dér beviste, at celletransplantation kan normalisere blodsukkerniveauet hos diabetikere og mindske symptomerne hos Parkinson patienter.
Resultaterne af in vivo transplantationerne giver derudover vigtig information tilbage til celledyrkningsforsøgene om stabiliteten og det udviklingsmæssige potentiale af de in vitro-udviklede celletyper, og forekomsten af ukendte regulerende faktorer, som f. eks. nye nervevækstfaktorer, der efterfølgende forsøges karakteriseret.
Udover de forbehold, som den enkelte måtte have, vedr. brug af humant fostervæv i forskning, og udvikling og brug af humane embryonale stamceller, - som den danske befolkning i øvrigt, ifølge Eurobarometer-undersøgelse 64.3 "Europeans and Biotechnology in 2005: Patterns and Trends" synes afklarede om -, så rejser overførslen af hjerneceller fra mennesker til hjernen af dyr naturligt spørgsmålet, om hvorvidt disse celler kan ”menneskeliggøre” de transplanterede dyr, således at de får hjernefunktioner, som alene tillægges mennesker. Som allerede nævnt i Etisk Råds redegørelse "Mand eller Mus?" fra 2007 har specielt to studier med transplantation af humane embryonale stamceller til hjernehulrummene af musefostre (Muori et al., 2005) og humane vævsderiverede, neurale stamceller til hjernen af Macaca-abefostre (Ourednik et al., 2001) tiltrukket sig opmærksomhed.
Begge studier viste god udvikling og indlejring i dyrehjernerne af nerve- og gliaceller, udviklet fra de embryonale og neurale stamceller. Op til 0,1% af cellerne i musehjernerne blev således anslået at komme fra de humane stamceller. Samtidig var det dog også tydeligt, at de humane celler havde tilpasset sig artsbetingede forhold i værtshjernene f.eks. med hensyn til størrelsen af de nerve- og gliaceller udviklet fra de humane stamceller. Dette viser både, at de humane stamcellers kan "læse" instruktionerne for vandring og udvikling af celler i værtshjernerne, og betydningen af ikke-genetisk lokale forhold i værtshjernen, hvilket var undersøgelserne primære formål.
I vurderingen af risikoen for en reel, funktionel humanisering af dyrehjerner efter transplantation af humane stamceller er det vigtigt at gøre sig klart, at enkeltvis placerede humane nerveceller eller mindre grupper og netværk af humane nerveceller ikke i sig selv udløser "human hjerneaktivitet". En sådan mulighed reduceres også, når de humane nerveceller bliver "museagtige" p.gr.a. værtshjernens instruktioner om cellers udvikling. Endelig udspiller hjernefunktioner sig typisk i netværksagtigt samspil mellem en række forskelligt placerede andre nervecellegrupper, som udover at have de rette forbindelser indbyrdes også er forbundet med andre centre. Hermed er ikke sagt, at nerve- og gliaceller, udviklet fra transplanterede humane embryonale eller neurale stamceller, er uden funktion og funktionel effekt, hvis de overlever og integreres i muse-, abe- og menneskehjerner. Kun at effekten efter al sandsynlighed bestemmes af en række lokale forhold i værtshjernen, herunder om det drejer sig om at indgå i komplicerede multinetværk af forbindelser, som ved højere kognitive funktioner, eller en mere simpel genetablering af tabte nerveforbindelser og signalstoffer fra én bestemt nervecelletype, som f.eks. dopaminerge nerveceller ved Parkinsons sygdom. |
