Dette er en levende mini-hjerne

Mange store oppdagelser springer ut fra grunnforskning. Særlig innen medisin. 

Penicillin har for eksempel reddet millioner liv siden Alexander Fleming oppdaget at muggsoppen Penicillium notatum hadde en bakteriedrepende virkning.

Også mange andre viktige legemidler er utviklet på bakgrunn av oppdagelser gjennom grunnforskning.

Reparerer celler

– Nesten all behandling innen medisin kan spores tilbake til grunnforskning, sier Magnar Bjørås. 

Han er professor i molekylærbiologi ved NTNU og har jobbet med grunnforskning i tre tiår. Han jobber også ved Oslo universitetssykehus og Universitetet i Oslo.

Hovedfagfeltet til Bjørås er å undersøke og forstå hva som foregår i cellene våre. Spesielt i celler som er syke eller skadet. Først kartlegger han og forskningsgruppen hans hva som skjer inne i de syke cellene. Deretter starter jobben med å finne ut hvordan de kan repareres.

Forskerne jobber blant annet med å forstå reparasjon av DNA-skader forårsaket av infeksjoner, hjertesvikt, kreft og sjeldne såkalte nevrodegenerative lidelser. Sistnevnte er sykdommer som rammer hjernen og nerveceller. Det kan for eksempel være demens, Parkinson, Alzheimer  og barnedemens.

Bjørås har fått midler fra Forskningsrådet for å bygge opp kompetanse innen molekylær medisin. De siste årene har han også hentet inn midler fra private som støtter forskningen.

Professor Magnar Bjørås og forskningsgruppen hans leter etter nye behandlingsmetoder for blant annet hjernesykdommer. Mange av sykdommene som de forsker på, finnes det i dag ingen kur for. (Foto: Geir Mogen / NTNU)

Stort gjennombrudd i Japan

Hjernen er ekstremt kompleks. For å finne behandlingsmuligheter for hjernesykdommer er det viktig å kartlegge og forstå kompleksiteten i hjernen. 

For nærmere 20 år siden skjedde det et stort gjennombrudd innen grunnforskning på stamceller. Dette åpnet opp for helt nye muligheter for å forstå hjernen og for å prøve ut behandling på hjernesykdommer.

Japanske Shinya Yamanaka revolusjonerte forskningen på stamceller da han lyktes med å omprogrammere en hudcelle til å bli en stamcelle. Nyvinningen ga han nobelprisen i medisin. 

Noen år senere klarte forskere å dyrke fram de første mini-organene ut fra stamceller. 

Det er nettopp dette forskningsgruppen til Bjørås jobber med. De dyrker fram mini-organer i laboratoriet: bitte små hjerner, hjerter, lunger og øyne som er mindre enn riskorn. 

Mini-organene blir dyrket fram av hudceller fra pasienter som er bærere av sykdommer som forskerne leter etter terapier eller medisiner til.

Bruker genterapi

Mini-organene mates med oksygen, karbohydrater, fett, mineraler, aminosyrer ­– alt det som celler og mennesker trenger for å leve.

Når de har utviklet seg nok, kan forskerne teste ut medisiner og nye terapier for å undersøke om dette kan behandle sykdommene som organene er bærere av. Forskningen viser lovende resultater.

Medisinene de tester ut, kombineres på nye måter. 

Mini-organene brukes også til utprøving av genterapi. I genterapi redigerer forskerne gener eller introduserer nye gener. 

– Vår viktigste oppgave er å kombinere grunnforskning med innovasjon. Det innebærer å gjøre banebrytende oppdagelser ved å forstå nye aspekter med sykdommer. På basis av dette undersøker vi så hvilke behandlinger som er mulige, sier Bjørås.

Produktutvikling

Bjørås har nettopp startet selskapet Zenit Science sammen med forskere fra både NTNU, Universitetet i Oslo og Oslo universitetssykehus. Dette skjer i samarbeid med Marigold Innovation, et dansk innovasjonsselskap innen medisin og livsvitenskap.

Målet er å utvikle nye verktøy og nye behandlinger for komplekse sykdommer.

– Etableringen av Zenit Science er et godt eksempel på viktigheten av grunnforskning som en plattform for produktutvikling, sier Toril Nagelhus Hernes. Hun er prorektor for nyskaping og professor i medisinsk teknologi ved NTNU.

Kan gi oss nye medisiner raskere

Også hos Sintef forsker de på mini-organer. Teknologien organ-on-chip kan blant annet gi oss ny behandling av kvinnesykdommen endometriose. Sykdommen gir store smerter. Den har tidligere vært neglisjert og lite forsket på.

Utvikling av nye medisiner er en tidkrevende og dyr prosess. I snitt tar det mer enn ti år å lansere en ny medisin på markedet. Mye av årsaken er at medisiner testes på forsøksdyr og at overførbarheten til mennesker ikke er god nok.

Hva om det fantes en teknologi som kan gjøre utviklingen av medisiner raskere? Dette jobber forskere over hele verden med i dag.

Teknologien kalles organ-on-chip og består av to teknologier i én:

• Mini-organer: Etterlikner organene vi har inne i kroppen.
• Mikrobrikker: Basert på samme teknologi som finnes i datamaskiner og mobiltelefoner.

Reduserer antall dyreforsøk

­– Med denne teknologien kan vi studere og etterlikne fosterstadiet. Vi kan også etterlikne en menstruasjonssyklus eller studere hvordan kreft spres, for å nevne noe.

Og ikke minst: Denne teknologien forventes å minimere andelen dyreforsøk, forteller forsker Frøydis Sved Skottvoll ved Sintef Digital.

ORGANTESTEN: Frydis Sved Skottvoll undersker om den kunstige leveren fungerer p samme mte som en ekte lever. Yngve Vogt

Frøydis Sved Skottvoll i laben. Hun jobber med mikrosystemene som gjør det mulig å erstatte forsøksdyr. (Foto: Yngve Vogt / UiO)

Kanaler tynne som hårstrå

Fagmiljøet som Skottvoll er en del av, jobber med å utvikle teknologien omkring mini-organene. Mini-organene plasseres i mikrobrikker: organ-on-chip. Mikrobrikkene bygger en struktur rundt mini-organene. Via kanaler på størrelse med hårstrå får de så tilført organene væske og næring.

– Dette gjør vi ved å bruke metoder fra databrikke-industrien. Vi utvikler skreddersydde mikrokanaler og sensorer. Det gjør det mulig å måle hvordan mini-organene har det inne i mikrosystemet, forklarer hun.

– Sammen med forskere ved Universitetet i Oslo undersøker vi denne teknologien med mål om å skape lab-on-a-chip. Det kan gjøre testing av nye medisiner raskere og mer effektivt enn i dag, sier Skottvoll.

Endometriose

Ved universitetet KU Leuven i Belgia har forskere dyrket fram mini-organer som gjenskaper sykdommen endometriose. 

Disse kan nå brukes til å teste nye medisiner. De kan gi sikrere og raskere resultat enn testing på forsøksdyr. Grunnen er at mini-organene stammer fra en kvinnekropp.

Teknologien bidrar også til å kunne tilpasse behandling til hver enkelt pasient.

– De har funnet at endometriose utvikler seg ulikt hos ulike kvinner. Det forteller oss at sykdommen ikke kan behandles som en «one size fits all», sier Skottvoll.

Blod-hjernebarrieren

Teknologien kan også brukes til å simulere det som kalles blod-hjerne-barrieren.

Dette er kroppens sikkerhetsmekanisme for å beskytte hjernen mot lekkasje fra stoffer i blodbanen. Det er i utgangspunktet bra. Likevel kan det være en ulempe hvis vi vil inn i hjernen med medisiner.

Historisk sett har det vært veldig vanskelig å studere denne funksjonen i mennesker. Med organ-on-a-chip har dette nå blitt mulig.

De fire øverste bildene: Foto: Idun Haugan / NTNU. Illustrasjon med mini-hjerne: Marianne Gilbu / NTNU