Studerer hjernecellene til våkne Alzheimers-mus for å forstå sykdommen bedre

Alzheimers sykdom er den vanligste årsaken til at demens oppstår. Etter hvert vil ulike strukturer i hjernen til den som rammes, brytes ned. Symptomer som hukommelsessvikt, språkproblemer, svekket evne til å orientere seg og lære seg nye ting, vil gjøre det gradvis vanskeligere å klare seg i hverdagen.

Rundt 60.000-70.000 nordmenn lever med Alzheimers. Per i dag finnes det ikke medisiner som kan kurere eller bremse den nevrodegenerative sykdommen.

Ved Institutt for medisinske basalfag på Universitetet i Oslo leter de etter nye, viktige brikker i puslespillet for å forstå hvordan ulike celler i en hjerne med Alzheimers sykdom fungerer. Håpet er at slike funn kan åpne for å utvikle nye måter å behandle sykdommen på i fremtiden.

I en studie som nylig ble publisert i tidsskriftet eLife, har forsker Rune Enger og kolleger studert en type hjerneceller som kalles astrocytter, hos Alzheimers-mus. Astrocytter ligger som støtteceller rundt nervecellene og gjør det mulig for nervecellene å fungere normalt.

– Det som skiller denne studien i Alzheimers-mus fra tidligere studier, er at vi ser på mus som ikke er i narkose, altså mus som bruker hjernen sin aktivt mens vi studerer dem, sier Enger til Dagens Medisin.

– Tidligere studier har sett på mus i narkose, men da er hjernen ikke-responsiv og man ser ikke det hjernen egentlig skal drive med, fortsetter Enger, som er førsteamanuensis på Lettensenteret.

Mens forskere som har studert Alzheimers-mus i narkose, har funnet økt aktivitet i disse cellene, tegner studien av våkne mus et annet bilde. 

– Nærmest å betrakte som «science fiction» 

Enger forklarer at det å se på våkne mus i atferd er en relativt nyutviklet metode, og han er ikke kjent med at noen andre som har brukt denne metoden for å studere astrocytter i våkne Alzheimers-mus.

For å få til dette bruker forskerne såkalt to-foton-mikroskopi, som er en bildeteknikk for levende vev.

– To-foton-mikroskopi er type teknologi som jeg har jobbet med her siden 2006 og det har vært en enorm utvikling siden den gang.

– Da vi startet med dette, var det vi gjør nå nærmest å betrakte som «science fiction», sier Enger. 

Han forteller at teknologien primært sett har blitt brukt for å undersøke vevsbiter og etter hvert for å undersøke mus i narkose. I 2020 publiserte Enger og kollegene en studie der de hadde brukt to-foton-mikroskopi for å undersøke mus uten narkose, som ble trent opp til å sove under mikroskopet. Og nå har de for første gang testet metoden på Alzheimers-mus som ikke er i narkose.

Enger forklarer at de bruker et genmodifisert virus som de sprøyter inn i hjernen, slik at cellene produserer fluorescerende nanosensorer som lyser opp når cellene er aktive.

– Vi fjerner deler av kraniet og erstatter det med et glassvindu som gjør at vi kan se ned til hjernens overflate, noe som musene i teorien kan gå med i uker til måneder. Det gjør at vi kan studere dem over tid og venne dem til å være i en eksperimentsituasjon.

Musa har en festeanordning på hodet som gjør at hodet står stille, mens musa løper på tredemølla, forteller forskeren. 

– Musene trenes opp til å være under mikroskopet samtidig som de gjør ting som mus liker å gjøre, som å løpe på mølla. 

– Denne teknologien muliggjør at vi kan få videoer med veldig god tidsoppløsning og romlig oppløsning som viser celler i hjernen til mus som gjør oppgaver. Man kan altså se på hele celler og på deler av celler, og undersøke hvordan cellene oppfører seg i en intakt organisme.

Redusert aktivitet i astrocyttene

Og i denne studien var det altså aktiviteten i astrocyttene, en type gliacelle i hjernen, som ble studert.

– I studien av våkne mus med Alzheimers brukte vi genetisk kodede fluorescerende sensorer for å følge signaler i astrocyttene og nivået av signalstoffet noradrenalin mellom hjernecellene, sier Enger.

Han forklarer at noradrenalin er et signalstoff i hjernen som bidrar til å skjerpe hjernefunksjonen under gitte omstendigheter, for eksempel knyttet til konsentrasjon og i situasjoner der man må være på alerten av en eller annen grunn.

– Andre har sett på disse astrocyttene når Alzheimers-mus har vært i narkose, og da har de fått inntrykk av at slike gliaceller er mer aktive.

For å undersøke aktiviteten i disse cellene, ser man på økning i astrocyttenes kalsiumsignaler, fordi astrocyttene hovedsakelig bruker kalsium som signalvei når de «snakker», forklarer forskeren.

– Tidligere studier har tydet på økning i kalsiumsignaler hos mus med Alzheimers, men så viser det seg at narkose fjerner i hvert fall 90 prosent av signalene i astrocyttene.

– I vår studie ser vi noe av det samme som er beskrevet i tidligere studier, men det ser ut som det skyldes at enkelte av astrocyttene er hyperaktive. Hovedbildet er imidlertid at kalsiumsignaleringen er noe redusert i Alzheimers-musene sammenlignet med friske mus.

– Passer bedre med symptomeme vi ser hos Alzheimers-pasienter

Forskerne så også på hva som skjedde med pupillene til musene når de beveget seg. Dette gjorde de fordi pupillene kan brukes som et mål på hvor aktiv hjernen er, forklarer Enger.

 – Hos friske mus kan man se at pupillene utvider seg når de bruker hjernen aktivt, slik som man kan se det hos mennesker som konsentrerer seg.

– Med to-foton-mikroskopi ser vi at alle astrocyttene lyser opp når pupillene utvider seg, slik at hele mikroskopibildet lyser opp fordi cellene aktiveres. Da vil de enkeltcellene som var mer aktive, drukne i alt dette som er normalfunksjonen til astrocyttene.

– Vi ser for å oss at kalsiumsignalene er viktige for å koordinere hjerneaktiviteten. Det vi finner i vår studie passer bedre med det bildet.

Enger forklarer at det i hjernen finnes noe som heter nevromodulatoriske systemer. Disse skal optimalisere hjernen til forskjellige formål, for eksempel for å muliggjøre konsentrasjonen og årvåkenheten.

– Vi tror astrocyttene er hjernens forlengede arm når det gjelder å implementere effektene til disse nevromodulatoriske systemene. For eksempel ved at astrocyttene endrer konsentrasjonen av salter eller signalstoffer rundt nervecellene, sier forskeren.

Ved Alzheimers sykdom fungerer hjernen dårligere, det er selve symptomet på demens. Sykdommen gir etter hvert utslag på flere ulike hjernefunksjoner.

– Man kunne tenke seg at bortfall av funksjon hos astrocyttene passer bedre med de ulike symptomene vi ser hos Alzheimers-pasienter, enn den hyperaktiviteten som er vist tidligere. Og det er det vi finner i studien vår, sier Enger og fortsetter: 

– Det er ikke snakk om i enkeltceller, men gjennomgående i hele hjernen ser vi mindre respons i disse cellene når musa bruker hjernen aktivt.

– Kanskje man kan lindre symptomer

Og hvorfor kan dette være nyttig kunnskap? Enger forklarer at det er interessant hvis man kan tenke seg at man kan påvirke disse signalene slik at de blir mer responsive. 

– Om man på sikt kunne utvikle medisiner som påvirker aktiviteten i disse cellene, kunne man kanskje lindre noen symptomer, slik at hjernen fungere noe bedre ved Alzheimers sykdom.

Men, om man skal prøve å finne effektiv behandling som også kan bremse selve sykdommen, heller enn symptomlindring, må man undersøke hjernen før disse skadene har skjedd, forklarer forskeren. 

– Musene vi bruker har en mutasjon som vi også finner hos mennesker med arvelig Alzheimers sykdom. Musene vi brukte i denne studien var 15 måneder gamle, da har det skjedd så store endringer i hjernen at det kan sammenlignes med en branntomt.

– Hvis man vil prøve å finne en behandling der målet er å bremse eller stoppe sykdommen, eller reversere endringer som har skjedd i hjernen, må man studere yngre mus.

– Spennende og relevant

Asgeir Kobro-Flatmoen som er forsker ved NTNUs K.G. Jebsen Senter for Alzheimers sykdom ved Kavli-instituttet for nevrovitenskap, mener studien fra Enger og kollegene ved UiO er spennende og relevant. 

Kobro-Flatmoen driver selv med grunnforskning på Alzheimers. Han jobber med å finne ut helt nøyaktig hvor – ned på cellenivå – sykdommen begynner.

– Dette er en spennende studie som tar for seg en viktig funksjon som inngår i hjernens meget komplekse signalsystemer, sier han til Dagens Medisin om UiO-studien. 

– Det er særlig relevant at forskerne her kan dokumentere endringer i et signalsystem som vi vet rammes tidlig i Alzheimers sykdom, siden det er endringer i de tidligste stadiene av sykdommen vi må finne ut av for å finne nøkkelen til å løse gåten Alzheimers sykdom, legger Kobro-Flatmoen til. 

– Kan ikke studere dette hos mennesker

Ifølge Enger er det å studere mus på denne måten viktig for å kunne få en bedre forståelse av hva som foregår ned på cellenivå i hjernen når Alzheimers sykdom utvikler seg.

– Disse tingene vi har undersøkt hos mus, kan vi ikke studere hos mennesker, sier han. 

Enger forklarer at MR, som er bildeteknologien man bruker for å undersøke menneskehjernen, har en veldig grov oppløsning sammenlignet med det de får til med to-foton-mikroskopi.

– Det betyr at man ikke kan stille og svare på samme spørsmål når man studerer mennesker som når man studerer mus, sier han og fortsetter: 

– Mus og mennesker er selvsagt ikke det samme, og overføringsverdien fra forskning på mus kan man alltid diskutere, men for å belyse normalfunksjon og cellulære mekanismer er vi avhengig av å gå dypere enn man kan hos mennesker, sier han. 

Les også: Studie: Statinbruk ga ingen økt risiko for demens hos pasienter med arvelig høyt kolesterol

Søvn og «hjernevask»

– Hvordan ser dere for dere å bruke denne teknologien videre i forskning på Alzheimer? Hva annet vil dere undersøke?

– Det vi også jobber mye med er at vi prøver å se hvilke funksjoner i hjernen hos deg og meg som gjennom et langt liv, jobber for at vi ikke skal få demens.

– Tidligere forskning tyder på at når vi sover, så «vaskes» hjernen fri for avfall og slaggstoffer som bygges opp i løpet av dagen. Med dette som utgangspunkt, jobber vi med å identifisere mekanismer i normale hjerner som kan motvirke at det blir sykdom. Da kan man tenke seg at man kan utvikle medisiner som kan påvirke denne prosessen og gjøre den mer effektiv, slik at det blir mindre sannsynlighet for at man får demens. 

Avfallshåndteringssystemet i hjernen kalles det glymfatiske system eller det glia-lymfatiske system. 

– Hovedveien vår videre i Alzheimers-forskningen er relatert til søvn og «hjernevask», fordi det også handler om proteinet amyloid som danner såkalt senile plakk i hjernen. Opphopning av amyloid plakk vi ser i hjernen til både mennesker med Alzheimers sykdom og i musemodeller for sykdommen. Og amyloid er et av stoffene som vaskes ut av det glymfatiske system under søvn.

Det er gjort studier av andre som viser at i mus med Alzheimers-endringer i hjernen, blir hjernevasken dårligere, forteller Enger. 

– Man kan se for seg at det er en slags ond spiral, der en litt sviktende «hjernevask» gjennom et langt liv kanskje gjør at du får endringer i hjernen som igjen gjør at denne mekanismen blir ytterligere svekket.

I Alzheimers-forskningsmiljøene er det stort sett er enighet om at amyloid plakk spiller en viktig rolle i utviklingen av Alzheimers sykdom, ifølge Enger. Men det finnes fortsatt kritiske stemmer, blant annet fordi en rekke behandlinger som har tatt sikte på å fjerne slikt plakk, ikke har gitt de resultatene man håpet på. 

– Det er et hav av mulige forklaringer på hvorfor behandlingen ikke har fungert som man håpet, men kritikerne har et poeng i at vi også bør vurdere andre angrepspunkter også, sier han.

Aktuelt: Dobling i antallet Alzheimers-pasienter i Tyskland