Den lilla modellen av hjärnan kallas organoid och är uppbyggd av omprogrammerade inducerade pluripotenta stamceller, iPS, (se ruta på förra sidan) som guidats fram till små förenklade hjärnor. Anna Falks forskning handlar om genetiska sjukdomar i hjärnans nervceller – framför allt intellektuella utvecklingsstörningar och neuropsykiatriska diagnoser som Downs syndrom, autism och schizofreni. Genom att ta en hudbiopsi från någon som fått diagnosen autism och programmera om cellerna, först till iPS-celler och därefter till hjärnans nervceller, kan hon följa utvecklingen och jämföra med det som sker i en miniatyrhjärna från en person utan autismdiagnos.
– Hjärnan är det som gör oss till människor, men vi vet mindre om den än om andra organ. Det är därför otroligt spännande att i våra cellodlingsskålar nu kunna följa hur den utvecklas i det tidiga embryonala stadiet.
"Enkel" process
Processen att programmera om hudceller till hjärnceller är "enkel”. Anna Falk tillsätter fyra gener i cellodlingsskålen som innehåller hudcellerna. Med hjälp av en lipid eller en svag elektrisk impuls, bryts hudcellens yta och generna kan ta sig in. Redan efter en dag kan man i mikroskop se att hudcellen börjar ändra skepnad till iPS-cell, men det tar ytterligare två veckor innan processen är klar. Därefter kan Anna Falk tillsätta specifika protein och molekyler i näringslösningen för att byta identitet på stamcellerna till nervceller som bygger upp miniatyrhjärnan.
– Det är så otroligt coolt att det fungerar varje gång. Att hudceller kan föryngras och gå bakåt i utvecklingen har fundamentalt ändrat vår syn på fosterutveckling och ett helt nytt forskningsfält har skapats.
Redan efter fyra veckor har iPS-cellerna utvecklats till en miniatyrhjärna och Anna Falk kan i mikroskopet följa tillväxten. Hon har upptäckt att nervcellerna från en person med autism utvecklas långsammare och utskotten är kortare, jämfört med nervceller från en odiagnostiserad individ. I miniatyrhjärnan har hon även sett att antalet nervceller är färre hos personer med autism.
– Samtidigt är det svårt att dra likhetstecken från en cellodlingsskål till en verklig och mer komplex hjärna. Det finns flera ”räddningsmekanismer” i en riktig hjärna som kan väga upp när signaler och tillväxt går fel.
Miniatyrhjärnan består endast av celler som finns i hjärnan. Nästa steg är att försöka konstruera blodkärlsliknande vävnader, för att på så sätt kunna bygga en mer komplex modell av en hjärna där alla delar får tillgång till syre och näring. Det är många forskare som nu försöker sig på den här typen av designade vävnader.
Ersätter skadade hjärnceller
Ett annat sätt att använda iPS-celler är att odla fram nervceller från odiagnostiserade individer, som därefter transplanteras till hjärnan och ersätter skadade och sjuka hjärnceller. Målet är att identifiera vilka signaler som är viktiga för att få fram perfekta nervceller och hur man behandlar de som är felreglerade.
– Det skulle innebära att vi skulle kunna behandla utvecklingssjukdomar och neuropsykiatriska sjukdomar som det idag inte finns någon behandling för. Jag hoppas att min forskning är en del i att på detta sätt kunna revolutionera sjukvården i framtiden.
