Hur utvecklas nervceller med Trisomi 21?

Anna Falk, Docent vid Institutionen for Neurovetenskap på KI, har länge varit intresserad av hjärnan. Anna skrev sin avhandling om nervcellsbildning i vuxna hjärnor. Sen flyttade hon till Storbritannien för post-dok-forskning, och där fick hon lära sig tekniken hur man backar en mogen, specialiserad cell till en stamcell som kan bli vilken sorts cell som helst. Den här tekniken upptäcktes av Nobelpristagaren Shinya Yamanaka 2006 och var alldeles ny då. Tillbaka i Sverige har Anna byggt en egen forskargrupp runt utveckling av nervceller och använder reprogrammeringstekniken i sitt Falk-laboratorium på Biomedicum. Forskargruppen består av cirka tio personer - doktorander, post-dok, studenter och laboratorieassistenter.

Syftet med att studera utvecklingen av nervceller är först att förstå hur den skiljer sig mellan celler från personer med olika diagnoser och personer utan diagnoser, och sedan att hitta medicinska behandlingar som leder till en mindre grad av sjukdom eller funktionsnedsättning – eller ingen alls. Medicinsk behandling som påverkar nervcellernas utveckling är inte alls osannolik idag, tack vare de nya tekniska möjligheterna, säger Anna.

På Falk-laboratoriet har man studerat celler från flera olika diagnoser, till exempel en autism som är orsakad av en speciell mutation och en schizofreni som är orsakad av en särskild mikro-deletion. Man har också studerat nervstamceller från tre individer med Downs syndrom. Trots att diagnoserna är mycket olika så har man sett en del likheter, till exempel att färre nervstamceller utvecklas till nervceller och fler utvecklas till gliaceller. Studien av DS-cellerna är ett samarbete med Institutionen för immunologi, genetik och patologi vid Uppsala Universitet. Resultaten är klara och ett manuskript är inskickat för publicering.

En nervstamcell har ett begränsat antal funktioner som avgör vilken sorts cell den blir, och om man förstår vilken funktion som har givit en mindre andel nervceller så kan man söka efter ämnen som påverkar just den funktionen. Med hjälp av robotar kan man pröva ett stort antal ämnen för att hitta några som kan fungera som medicin.

Hur tillverkar man då stamceller? Anna berättar att först får en person lämna ett litet hudprov, en hudbiopsi. Vävnadsprovet odlas sedan så att många nya hudceller bildas. Dessa nybildade hudceller omprogrammeras till stamceller med hjälp av olika ämnen, vilket tar ett par månader. Bara en del av cellerna klarar processen och blir stamceller. Då motsvarar de cellerna hos ett 4-5 dagars embryo. Därefter så styr man dem att utvecklas till nervstamceller i 4-5 så kallade passager, vilket tar ytterligare 1-2 månader. För att studera hjärnceller mognar man sedan stamcellerna vidare till nervstamceller som då motsvarar cellerna hos ett 3 veckors embryo. Nervstamcellerna kan expanderas med hjälp av tillväxtfaktorer så de delar sig och bildar i princip ett oändligt antal nervstamceller som forskarna kan använda för experiment. När man slutar mata dem med tillväxtfaktorer så utvecklas de till nervceller eller olika sorters gliaceller.

Både hudceller, omprogrammerade stamceller och nervstamceller kan frysas ned och sparas lång tid, så när det behövs så är det bara att ta fram nya rör med celler ur frysen - om man odlade tillräckligt många celler från början.

När man studerar celler i ett tunt lager på en platta så kan man observera flera olika skillnader och likheter i utvecklingen. Nästa steg i förståelsen är att se vad dessa skillnader får för effekt när cellerna får bilda en tredimensionell struktur, en organoid. Organoider är svåra att göra och svåra att analysera men de liknar den riktiga hjärnan bättre än ett tunt lager nervceller. Nervceller i organoiden kan till exempel bygga upp 4 av hjärnbarkens 6 lager i laboratoriet. Vi kommer nu att låta DS-cellerna utvecklas till organoider och jämföra dem med organoiderna från autism-, schizofreni- och kontrollcellerna, berättar Anna. Denna studie beräknas bli klar för publicering 2020.

Stamcellsforskning är ett växande område med många nya möjligheter. Tillsammans med några andra stamcellsforskare på Biomedicum håller Anna på att bygga upp en hemsida och ett instagram-konto för att informera allmänheten och skolor om stamcellsforskning: Stamcellsfabriken. Där hittar man också en film med Anna – Film om hur man kan odla hjärna och varför.

Svenska Downföreningen kommer att rapportera om studierna av DS-celler när de publiceras.