Ny hjerne med protese kan bli mulig

Forskere ved NTNU jobber med å kartlegge hjernen til Alzheimer-pasienter, og i USA har de funnet et gen som fungerer som en bremsekloss på læringen. Fjern det, og hjernens evne til nye koblinger blir større.

Dette kan være godt nytt for pasienter med demens, cerebral parese og hjerneslag, skriver NTNUs forskningsblad Gemini i sin siste utgave for i år.

• Les også: – Kaffe beskytter mot Alzheimers

Eldrebølge og demensflom

I 2050 kan det være over dobbelt så mange med demens her til lands. Anslagsvis 160.000 demente må dele på helsekroner og pleie, skriver Gemini.

I en artikkel i desemberutgaven som kommer ut onsdag kartlegger redaksjonen den forskninga som gjøres for å ta i bruk reservedeler til hjernen.

• Les også: Denne protesa kan være verdens eldste

Mennesket tok tidlig i bruk trebein, løshår og juksetenner. I dag forventer vi å få skiftet ut hofteledd, hornhinner og hjerteklaffer når det trengs. Hjernen er siste skanse når det gjelder å skifte ut deler.

Det kan det bli behov for. Hjernesykdommer koster Norge 78 milliarder kroner hvert år, og mer vil det bli når eldrebølgen slår inn for fullt.

Hjernehjelp

– En gang i framtida kan dette skje; en pasient kommer inn med en akutt hjerneskade, og blir sendt til skanning. Samtidig tar vi en hudprøve. Dette gir oss den genetiske informasjonen som gjør det mulig å designe celler fra grunnen, som matcher pasienten perfekt, forklarer hjerneforsker Ioanna Sandvig.

Hun har skrevet sin sin doktorgradsavhandling i nevrovitenskap ved NTNU.

– Deretter sender vi denne informasjonen til en bioprinter som kan trykke ut en erstatningsbit til det skadede området, forteller Sandvig til Gemini.

– I USA finnes «skrivere» som kan trykke ut nylaget hud til skadde soldater i krig.

Sandvig mener det nok vil gå flere tiår før vi kan se snurten av så spesialtilpasset hjelp når det gjelder skreddersydde hjernebiter, men hun mener at på veien dit er det både mye å lære og mange gåter å løse.

(Artikkelen fortsetter under bildet)

Celleklumper

Selv har Ioanna Sandvig og kollegene fokusert på hvordan man kan få synsnerven til å vokse sammen igjen hvis den blir skadet.

– Det er vanskeligere enn man skulle tro, å få til reparasjoner inne i hjernen. Nervene skal ikke bare lappes sammen, men er også avhengige av et avansert støttesystem.

På Medical Imaging Laboratory (MI-lab) ved NTNU, der hun arbeider, har de et bredt samarbeid med mange andre fagmiljøer. I samarbeid med andre forskere utvikler de nå små alginatkuler, som som gir nye celler et optimalt vekstmiljø.

• Les også: Fedme-gen kan gi demens

– Da øker sjansen veldig for at de overlever når de settes inn i hjernen igjen, forteller Sandvig.

Hun har stor tro på at de vil kunne lage formstøpte celleklumper snart som skal fungere som reservedeler til hjernen.

– Det er nok mange tiår før vi er der. Men vi kommer dit!

Forsker på Alzheimer

De fleste som utvikler demens, får Alzheimers sykdom. Den oppdages som regel ved at stedsansen og korttidshukommelsen forverres drastisk.

I Trondheim jobber en gruppe hjerneforskere med å kartlegge nettopp disse egenskapene i hjernen, i minste detalj.

• Les også: B-vitamin beskytter mot Alzheimers

Edvard Moser er leder ved Kavli Institute for Systems Neuroscience på NTNU.

Ifølge Gemini har forskningen deres vist hvordan nervecellene i et bestemt område i hjernen både lagrer minner, gjør lignende minner ulike, hvordan vi henter dem fram igjen, og hvordan det hele kobles sammen med stedsansen.

Setter nerveceller inn i hjernen

Men hva tror de om mulighetene for å erstatte ødelagte deler av hjernen med nye?

– Transplantasjon har jo lenge blitt utført i form av såkalte grafts, forteller Edvard Moser.

– Man setter for eksempel inn stamceller i hjernen hos pasienter med Parkinsons sykdom. Så det å korrigere for sviktende funksjon gjør vi allerede.

Moser viser til eksempler på elektroniske proteser samarbeider med nervesystemet, eksempelvis sneglehusimplantat i øret og mekaniske hender.

• Les også: Mennesker kan gro egne proteser

Men han tror ikke det vil fungere å transplantere større deler av en hjerne.

– Det skal mye til for at det man tilfører kobles opp med resten av hjernen på den rette måten, i alle fall med det vi vet i dag.

– En gang i framtida kan vi sikkert transplantere inn celler eller nanopartikler som utfører spesifikke oppgaver rundt om i hjernen, avslutter han.

Huske-gen

Carla Shatz er professor i nevrobiologi på Stanford University i USA. Gjennom studier av synssystemet har Shatz og hennes team funnet ut at genene som brukes i immunforsvaret i kroppen, er selve bryterne som regulerer
utviklingen og tilpasningen av sammenkoblingene i hjernen.

• Les også: Ekstra språk kan gi bedre helse

– I utgangspunktet har vi trodd at hjernen var såkalt immunprivilegert, forteller Shatz.

I kalrtekst betyr det at hjernen ikke skulle ha immunforsvar som kroppen ellers har. Sånn sett skulle det faktisk være enklere å transplantere vev inn i hjernen enn resten av kroppen.

Som å ta vekk bremsen

Men så oppdaget Stanford-forskerne at hjernen likevel produserer det som heter MHC klasse 1-molekyler. Forskjellen er at i hjernen brukes de ikke på samme måte som i kroppen.

– Dette genet, MHC fungerer sånn at hvis du slår det av så er det som å ta bort en bremsekloss på læringen, forklarer hun.

• Les også: Hukommelsen kommer lynraskt

– I de dyreforsøkene vi har gjort så langt blir det vi kaller plastisiteten, hjernens evne til nye koblinger, mye større når vi fjerner MHC-bremseklossen.

Dette kan gi blant annet demente nytt håp, sier hun.

Sydde på hundehode

I Russland på 1950-tallet utførte Vladimir Petrovich Demikhov forsøk på hunder. Han koblet hundehodet fra kroppen og lot det leve videre, bare koblet til en blodpumpe. Senere transplanterte han et valpehode på nakken til en voksen
hund.

Den sørafrikanske kirurgen Christiaan Barnard så Demikhov som sin lærer og inspirator. Det ga resultater.

I 1967 ga Barnard et nytt hjerte i tidlig julegave til den 54 år gamle grønnsakshandleren Louis Washkansky.

Washansky døde 18 dager senere av lungebetennelse, men dette var den første vellykkede hjertetransplantasjonen på et menneske.

I dag gjennomføres det på verdensbasis omtrent ti hjertetransplantasjoner hver eneste dag.

Flyttet apehode

Også USAs pionér på transplantasjonsfronten Dr. Robert Joseph White besøkte Demikhovs laboratorier.

Inspirert av Demikhovs arbeid, flyttet White hode og hjerne fra en apekatt til en annen apekatts kropp. En dags arbeid for flere kirurger tok det å koble sammen blodsystem mellom hode og ny kropp. Dette var i 1970.

– Apekatten levde videre noen dager og var, så langt Dr. White forteller, bevisst i like stor grad som før operasjonen. Men den var lam fra halsen og ned, fordi ryggmargen var kuttet av.

Fjernstyrt mekanisk hånd

Ut over på 1970-tallet ble det eksperimentert med mange typer nevrale proteser. I 1978 kom William Dobelle med det første kunstige øyet.

I 1998 lyktes forskere med å koble sammen hjernen og elektroder på en slik måte at pasienten etter hvert kunne styre datamaskinens musmarkør med hjernen alene.

• Les også: Styrer kunstig arm med tankene

De siste ti årene har det dukket opp en rekke varianter av proteser. Gode koblinger mellom nerveceller og elektronikk har blant annet gitt mennesker funksjonelle kunstige hender.

Den siste utgaven av en slik hånd styres med tankens kraft.

Lager syntetisk hjerne

Det første store prosjektet som så for seg å skape en komplett syntetisk hjerne, var det europeiske Blue Brain-prosjektet, som begynte i 2005.

Tre år senere hadde forskerne bygd ferdig den første hjernebiten med 10 000 celler. I juli 2011 hadde de økte dette til en nervekrets med en million celler.

Blue Brain har nå gått over i en ny fase, skriver Gemini. I videreføringen av Human Brain Project, er målet å bygge en komplett modell av menneskehjernen i år 2023. Med hundre milliarder nerveceller.

Hjernehjelpen er snart på vei.