Forskere har dyrket mere end 400 typer nerveceller fra stamceller

Nerveceller er ikke bare nerveceller. Når man ser på dem i tilstrækkelig detalje, tyder de seneste estimater på, at der er flere hundrede eller endda flere tusinde forskellige typer nerveceller i den menneskelige hjerne. Disse typer adskiller sig i deres funktioner, antallet og længden af deres udløbere, og hvordan de er forbundet med hinanden. De frigiver forskellige neurotransmittere i synapser, og afhængigt af hjernens område - for eksempel hjernebarken eller mellemhjernen - er forskellige typer celler aktive.

Da forskere dyrkede nerveceller fra stamceller i petriskåle til eksperimenter, kunne de ikke redegøre for al denne diversitet. Indtil for nylig havde forskere kun udviklet metoder til at dyrke et par dusin forskellige typer nerveceller in vitro. For at gøre dette brugte de genteknologiske metoder eller tilføjede signalmolekyler for at aktivere specifikke intracellulære signalveje. Men de var aldrig kommet i nærheden af at indfange diversiteten af de hundredvis eller tusindvis af forskellige typer nerveceller, der findes i kroppen.

"Neuroner udvundet af stamceller bruges ofte til at studere sygdomme. Men indtil nu har forskere ofte ignoreret, hvilke typer neuroner de arbejder med," siger Barbara Treutlein, professor ved Institut for Biosystemvidenskab og -teknik ved ETH Zürich i Basel.

Hun siger dog, at dette ikke er den bedste tilgang til den slags arbejde.

"Hvis vi ønsker at udvikle cellemodeller til at studere sygdomme og lidelser som Alzheimers, Parkinsons og depression, er vi nødt til at overveje den specifikke type nervecelle, der er involveret i den patologiske proces."

Systematisk screening som nøglen til succes

Treutlein og hendes team har nu med succes produceret mere end 400 forskellige typer nerveceller, hvilket baner vejen for mere præcis grundlæggende neurologisk forskning ved hjælp af cellekulturer.

ETH-forskerne opnåede dette ved at arbejde med en kultur af humane pluripotente stamceller, som var udvundet af blodceller. I disse celler gensplejsede de visse neuronale regulatoriske gener og behandlede cellerne med forskellige morfogener – en særlig klasse af signalmolekyler. Treutleins team anvendte en systematisk tilgang: syv morfogener i forskellige kombinationer og koncentrationer i deres screeningseksperimenter. Dette gav i sidste ende næsten 200 forskellige sæt af forsøgsbetingelser.

Morfogener

Morfogener er signalstoffer, der er kendt fra studier af embryonisk udvikling. De er ujævnt fordelt i embryoet og danner i forskellige koncentrationer rumlige gradienter. Dermed bestemmer de cellernes position i embryoet - for eksempel om en celle er tættere på kroppens akse eller er placeret på ryggen, på maven, i hovedet eller torsoområdet. Følgelig hjælper morfogener med at bestemme, hvilke strukturer der vil dannes i forskellige dele af kroppen.

Forskerne brugte en række forskellige analyseteknikker til at vise, at de havde formået at finde mere end 400 forskellige typer nerveceller i eksperimentet. De studerede RNA'et (og dermed den genetiske aktivitet) på niveau med de enkelte celler, såvel som cellernes udseende og funktion, såsom hvilke typer celleprocesser de havde, og hvilke elektriske nerveimpulser de udsendte.

Forskerne sammenlignede derefter deres data med information fra databaser over menneskelige hjerneneuroner. Dette gjorde det muligt for dem at bestemme, hvilke typer nerveceller der blev skabt, såsom celler fra det perifere nervesystem eller hjerneceller, samt hvilket område af hjernen de kom fra, og hvad disse celler er ansvarlige for - at opfatte smerte, kulde, bevægelse osv.

In vitro-neuroner til søgen efter aktive stoffer

Treutlein sagde, at de stadig er langt fra at være i stand til in vitro at producere alle de typer nerveceller, der findes i kroppen. Forskerne har dog nu adgang til mange flere forskellige typer celler end før.

De ønsker at bruge neuroner dyrket in vitro til at udvikle cellemodeller til at studere alvorlige neurologiske sygdomme, herunder skizofreni, Alzheimers, Parkinsons, epilepsi, søvnforstyrrelser og multipel sklerose. Sådanne cellemodeller er også af stor interesse for farmaceutisk forskning, da de gør det muligt at teste virkningerne af nye aktive forbindelser i cellekulturer uden brug af dyr, med det endelige mål en dag at lære, hvordan man kan helbrede disse sygdomme.

I fremtiden kan disse celler også bruges til celleerstatningsterapi, hvor syge eller døde hjernenerveceller erstattes med nye menneskeceller.

Men før det kan ske, er der et problem, der skal løses: I deres eksperimenter producerede forskerne ofte en blanding af flere forskellige typer nerveceller. De arbejder nu på at optimere metoden, så hver eksperimentel betingelse kun producerer én specifik celletype. De har allerede nogle indledende idéer til, hvordan man kan gøre det.