Studie: Ny metode kan revolutionere hjerne­forskningen

Får hjernen kappet forsyningen af ilt i blot et kort øjeblik, mister vi bevidstheden. Står det på i et par minutter, mister vi meget mere end det. Hjernen har brug for ilt.

Selvom det er velkendt, hvor vigtigt ilt er for hjernen, har forskere indtil nu haft meget ringe muligheder for at måle det.

Det bliver der dog gjort noget ved med udviklingen af en helt ny metode til at måle ilt i hjernen.

Metoden består af proteiner fra ildfluer og skaldede mus i et meget mørkt rum. Med metoden kan forskere for første gang få en tilbundsgående forståelse af, hvordan ilt bliver fordelt i hjernen, og hvad der sker, når der opstår lommer af mangel på ilt.

»Med metoden kan vi blive klogere på bl.a. udvikling af neurodegenerative sygdomme som Alzheimers, og hvilken rolle mangel på ilt i hjernen spiller i sygdomsudviklingen. Vi kan også undersøge, hvordan vi kan mindske iltmangel i hjernen og undgå, at manglen på ilt leder til skader på hjernen,« forklarer en af forskerne bag udviklingen af metoden, hjerneforsker, professor og læge Maiken Nedergaard fra Københavns Universitet og University of Rochester, USA.

Forskningen er offentliggjort i Science.

Nuværende metoder er mangelfulde

Når forskere indtil nu har skullet studere ilt eller mangel på samme i hjernen, har de kun haft to måder at gøre det på.

Den første metode involverer at sætte en elektrode direkte på hjernen, men ved den metode ødelægger man de blodkar, der skal bringe ilt til hjernen.

Når vi får musene til at løbe på bolden, forsvinder disse iltfattige lommer i hjernen

Maiken Nedergaard, læge, professor og hjerneforsker, KU og University of Rochester

Ydermere er det med metoden kun muligt at måle på ilt i en mikroskopisk del af hjernen.

Den anden metode er meget dyr og involverer meget dyre mikroskoper og et giftigt fosfor-fluorescerende stof, som man kun kan få ind i hjernen ved at injicere det.

Ligesom ved den første metode skader man med anden metode hjernevævet, og ingen af metoderne kan alligevel vise, hvordan ilt er distribueret i hele hjernen.

»Derfor har vi haft meget lidt viden om, hvad basaliltniveauet i hjernen er, og hvordan ilt fordeler sig,« forklarer Maiken Nedergaard.

Enzym fra ildfluer lyser hjernen op

På baggrund af de ovenstående begrænsninger satte forskerne sig for at udvikle en helt ny metode til at måle ilt i hjernen.

Metoden benytter det samme enzym, som får ildfluer til at lyse i mørket.

Dette enzym har forskerne modificeret til at lyse, når det binder til ilt. Det vil sige, at enzymet udsender fotoner, og de fotoner kan man opfange med et kamera, selv hvis fotonerne bliver udsendt inde fra hjernen på en mus, hvis altså musen og kameraet er placeret i et helt mørkt rum.

Ud over ilt skal enzymet også bruge et substrat, som skal injiceres i musene.

»Gennem kameraet kan vi se, hvorfra i hjernen fotoner bliver udsendt, og altså hvor i hjernen der er ilt. Det kan vi gøre for hele hjernen på samme tid,« forklarer Maiken Nedergaard.

Hun uddyber, at musene i tillæg har fået barberet issen og sat en metalplade på hovedet, så forskerne kan fiksere dem.

Derudover stiller de musene på en bold, så de samtidig kan bevæge benene.

»Det gør, at vi også kan studere, hvad der sker med iltningen i hjernen, når mus står stille eller bevæger sig,« siger Maiken Nedergaard.

Inaktivitet leder til iltfattige lommer

Forsøg med den spritnye teknologi viser, at der i hjernen ikke bare er et konstant niveau af ilt over det hele.

I deres undersøgelser kunne forskerne se, at der opstår iltfattige lommer, der potentielt set kan være skadelige.

Disse iltfattige lommer opstod, når musene blev fikseret i lang tid uden mulighed for at bevæge sig.

Maiken Nedergaard fortæller, at forskerne har den teori, at de iltfattige lommer opstår, når blod ikke kan komme gennem de helt fine blodkar i hjernen.

Tidligere forskning har vist, at specielt hvide blodlegemer, der er ret store i størrelse, faktisk kan have svært ved at komme gennem de allermindste af kroppens blodkar.

Man siger, at professorer sjældent bliver demente

Maiken Nedergaard, læge, professor og hjerneforsker, KU og University of Rochester

I forskningen hedder det ‘kapillær stalling’, når de hvide blodlegemer på den måde blokerer for et blodkar, så vævet nedstrøms ikke kan få tilført ilt.

Forskerne så, at dette især skete i de immobiliserede mus.

»Forskning har vist, at ældre personer eller personer med neurodegenerative sygdomme som Alzheimers har flere tilfælde af kapillær stalling sammenlignet med raske personer, så det er formentlig skadeligt. Men når vi får musene til at løbe på bolden, forsvinder disse iltfattige lommer i hjernen. Det peger på, hvorfor det kan være skadeligt for hjernen, hvis man ikke bevæger sig, men har en stillesiddende hverdag,« siger Maiken Nedergaard.

Kan give indsigt i sygdom og midler til at beskytte hjernen

Maiken Nedergaard mener, at den nye metode kan udnyttes til at blive meget klogere på, hvad ilt foretager sig i hjernen, og hvad der sker, når ilt ikke er til stede.

Det gælder både ved sygdomsudvikling, men også ved traumatiserende hjerneskade.

Hun advarer dog om, at metoden ikke umiddelbart kan benyttes til mennesker, da vores hjerneskal formentlig er for tyk til, at fotonerne kan trænge igennem den og blive opfanget af kameraet i mørket.

Studier på mus kan dog stadig give indblik i, hvordan tingene ser ud på indersiden af et menneskekranie.

»Det giver os en mulighed for at studere iltmangel i hjernen og også undersøge effekten af lægemidler til at modvirke den, og hvordan vi kan modvirke skadelig hypoxi. Vi kan også studere effekten af træning på iltmætningen i hjernen,« siger Maiken Nedergaard.

»Endelig kan det også være interessant at undersøge, hvordan det at bruge sit hoved har betydning for iltningen af hjernen. Man siger, at professorer sjældent bliver demente, og det bliver spændende at se, om årsagen til det kan være, at når hjernen hele tiden bliver sat til at løse opgaver, virker det på samme måde som motion i forhold til at reducere forekomsten af iltfattige lommer,« siger Maiken Nedergaard.