Mänskliga hjärnmodeller kan revolutionera forskningen

Hjärnsjukdomar utgör en betydande utmaning inom hälso- och sjukvården. Framtagningen av verksamma terapier kräver modeller som bättre och mer effektivt kan återspegla hjärnans biologi. Genom ett nytt tvärvetenskapligt forskningscentrum, CNSx3, vill forskarna kombinera olika spetskompetenser och bygga organoid-on-chip-modeller av hjärnan.

Genom att använda vävnadsmaterial från biobanker i sådana modeller kan forskare upptäcka nya terapier för exempelvis maligna hjärntumörer och vaskulära missbildningar. Projektet CNSx3: Transformativa Modeller för Hjärnans Sjukdomar startade den 1 januari 2025. En av doktoranderna som har knutits dit är Srijita Banerjee.
– Jag började på Institutionen för immunologi, genetik och patologi, IGP, 2023 och har tagit fram ett antal neurala organoider som härrör från inducerade pluripotenta stamceller som efterliknar en mänsklig hjärnliknande struktur. Organoider är tredimensionella cellmodeller som produceras i labbet under sterila förhållanden från celler eller vävnader. De efterliknar strukturen och funktionerna hos olika organ i kroppen, förklarar hon.
Fördelen med organoider är att mänskliga celler kan användas och skapar en miljö lik den som finns i en människa vid sjukdom. Det möjliggör mer relevant forskning på nya läkemedel än exempelvis djurförsök.
– Dock är organoiderna framtagna i en labbmiljö där de inte har möjlighet att interagera med det naturliga flödet av näringsämnen som finns i blodcirkulationen i hjärnan. Det begränsar de resultat vi kan få fram i forskningen.

Kombinerar olika organoider
I det nya forskningsprojektet är därför målet att koppla samman organoider från hjärnan med blodkärlsinnehållande organoider för att på det sättet skapa en modell som mer överensstämmer med mänsklig vävnad i hjärnan. Iza Erzar är ny doktorand på IGP. Hon kommer att jobba med hjärnorganoider med blodkärl i sig.
– I projektet kommer vi försöka hitta sätt att bilda blodkärl och skapa blodflöden inne i hjärnorganoiderna och på det sättet skapa en miljö lik den i hjärnan, berättar hon.

Plattform på ett mikrofluidikchip
För att kunna kombinera organoiden från hjärnan med blodkärl byggs en plattform på ett mikrofluidikchip, en uppgift som Tora Godow Bratt kommer att jobba med. Hon är doktorand på Ångströmslaboratoriet inom avdelningen för biomedicinsk teknik.
– Den stora utmaningen blir att applicera och kombinera organoiderna från hjärnan och blodkärlen på ett mikrofluidikchip på ett repeterbart sätt. Tanken är att vi ska kunna tillverka en stor mängd sådana chip för att kunna testa läkemedel på olika sjukdomstillstånd som organoiderna kan representera, förklarar hon.

Kan följa en cells rörelse
Ett annat bidrag i projektet utgår från hur gener kan användas för att följa en cells rörelse och utveckling under ett specifikt sjukdomstillstånd, exempelvis tillväxten av en tumör. Josephine Heinold är också ny doktorand på IGP. Hon berättar att patienter har donerat både friska och sjuka celler som finns i biobanker och som kan användas i projektet.
– Med hjälp av avancerad teknik kan vi koppla på en fluorescerande del i gensekvensen av en cell. Genom denna teknik kan vi sedan följa cellens rörelse och utveckling, till exempel var cellen finns, om den rör sig snabbt eller långsamt, om den delar sig snabbt och mycket annat. Med hjälp av olika färger är det även möjligt att studera hur den skiftar mellan olika tillstånd för att bättre förstå exempelvis resistens mot behandling, berättar hon.
Genom att följa exempelvis en tumörscell i en organoid-on-chip-modell vill de kunna se hur ett läkemedel påverkar tumörens utveckling.
– När vi får fram en fungerande organoid-on-chip-modell kommer vi kunna förstå olika sjukdomsförlopp bättre. Det skulle vara ett viktigt genombrott i hjärnforskningen där man idag har relativt lite kunskap om hur hjärnvävnad reagerar på olika sjukdomar och terapier, förklarar hon.

Bidrar till en bättre vård
Om allt fungerar ska man kunna ta fram en organoid-on-chip – modell för en specifik individ som har drabbats av en hjärnsjukdom för att testa hur sjukdomen reagerar på olika kombinationer av läkemedel för att hitta den mest effektiva behandlingen.
– I slutänden handlar det om att vi kan bidra till att ge patienter en mer effektiv vård. En centrumbildning som den här visar också vad vetenskapen faktiskt kan åstadkomma om olika discipliner samarbetar och får finansiellt stöd, avslutar Srijita Banerjee.