Hjärnan är det organ som har högst täthet av blodkärl som genom att bygga upp den så kallade blodhjärnbarriären är specialiserade för att skydda hjärnan från gifter. För första gången kan man visa den komplexa interaktionen mellan hjärnans blodkärl och nervceller. Nu har man tagit fram mikroflödesmodeller av hjärnan och blodhjärnbarriären.
– De här resultaten är intressanta för både läkemedelsföretag och för grundforskare som arbetar med att förstå hjärnans funktion och läkemedelsutveckling, säger Anna Herland, lektor på avdelningen för mikro- och nanosystem på KTH.
Vi vet idag att interaktion och reglering mellan blodkärlen och nervcellerna är mycket viktig för hjärnans funktion. Men hur interaktionen ser ut har hittills varit svårt att kartlägga. För att förstå hur blodkärlen och omliggande hjärnvävnad samspelar har det internationella forskarlaget byggt upp en organ-på-chip modell – en mikroflödesmodell med levande celler. Och för att kunna studera detaljer i interaktionerna delade man upp hjärnans funktioner på tre chip, två chip för blodhjärnbarriären (BBB) och ett hjärnchip.
– Chipen innehåller mänskliga celler från hjärnans blodkärl och omkringliggande vävnad. Dessa är sammanlänkade via mikroflöden så att vi skapade ett blodflöde och ett ryggmärgsvätskeflöde. Det innebär att en substans, exempelvis ett läkemedel eller en drog, kan tillföras via blodflödet, gå över blodhjärnbarriären och nå ryggmärgsvätskeflödet för att transporteras vidare till nervcellerna, säger Anna Herland.
Metamfetamin används för att förstå sjukdomar
Forskarna applicerade drogen metamfetamin i systemet. Metamfetamin påverkar blodhjärnbarriären i kroppen och dessa experiment kunde man konstatera att samma responser kunde ses i chip-systemet. Efter denna verifiering studerade forskarna cellerna i chipen i detalj.
–Via cellernas proteom kunde vi se att denna sammanlänkning hade stor betydelse för deras funktion. Cellerna skickar alltså ut substanser för att omgivande celler ska fungera optimalt, säger Anna Herland.
Genom att analysera alla mindre molekyler som cellerna skickar ut, deras metabolom, kunde forskarna hitta en tidigare icke beskriven koppling hur blodkärlceller omsätter glukos och hur denna process påverkar nervcellernas produktion av neurotransmittorer.
– Vi arbetar nu vidare på att använda dessa system för att nå nya insikter om hjärnan och för att bygga upp modeller av hjärnans sjukdomar, säger Anna Herland.
Kontakt:
Anna Herland: 08-790 84 31, aherland@kth.se
Vem som gjort studien:
Arbetet utfördes när lektor Anna Herland, lektor på avdelningen för mikro- och nanosystem på KTH, gjorde ett forskningsutbyte på Wyss Institute på Harvard.Ett team med biologer och ingenjörer deltog, huvudpersonerna i studien var Dr. Ben Maoz, nu på Tel Aviv University, MSc Edward Fitzgerald, nu på Uppsala Universitet och Professor Kevin Kit Parker och Professor Donald E Ingber.
