I eit laboratorium i California ligg ei rotte kopla til elektrodar som måler signal i rottehjernen medan forskarar stimulerer rottast verhår. Men inne i hjernen til rotta er det menneskelege hjerneceller som tar imot sansesignala og sender dei vidare.
Inne i rottehjernen er det stor aktivitet. Hjernen tar imot informasjon frå sanseorgana, samordnar informasjonen og sender utgåande signal som styrer åtferda til rotta. Forskarane frå universitetet Stanford i California i USA har klart å få fram ein dyrehjerne der celler frå rotte og menneske kommuniserer. Det gjer det mogeleg å studere hjernefunksjonar vi tidlegare ikkje har kunna studere.
– Vi kan no studere både normal hjerneutvikling og hjernesjukdommar som oppstår under utviklinga, i eineståande detalj, utan å måtte fjerne vev frå ein menneskeleg hjerne, seier professor Sergiu Pașca til Stanford Medicine.
Lagar minihjernar frå stamceller
Forskningsgruppa, leia av professor Sergiu Pasca, laga ein dyremodell som kan brukast til å studere menneskelege hjerneceller i ein større samanheng. Forskarane transplanterte menneskelege hjerneorganoider (sjå faktaboks) inn i hjernen til rottekvalpar få dagar etter fødselen. Hjerneorganoidene blei sett inn i ein del av rottehjernen som er ansvarleg for å få sanseinntrykk som berøring, trykk og vibrasjon, og som sender signala vidare til andre område i hjernen der sanseinntrykka blir omarbeidde, tolka og eventuelt gjorde om til utgåande signal som styrer åtferd.
Organoide
Ein organoide er ein tredimensjonal cellulær struktur som liknar på delar av organet han er meint å modellere. Ved å gi uspesialiserte stamceller dei riktige kjemiske signala og vekstvilkåra kan forskarar mellom anna lage organoider som liknar spesifikke delar av menneskehjernen. Hjerneorganoider blir brukt som forskingsmodellar for å studere utviklinga av hjernen, for å forstå sjukdommar som påverkar hjernen og for å teste nye legemiddel. Organoidene har nokre klare avgrensingar som forskingsmodellar. Hjerneorganoider er bitte små og kvar type hjerneorganoide er laga for å etterlikne funksjonane til ein spesifikk region av hjernen. Det gjer at dei er lite eigna som modellar for å studere meir avanserte sider av utviklinga og funksjonen til hjernen
Blir ein del av rottehjernen
Det er tidlegare gjord forsøk med å setje inn menneskehjerneorganoider i vaksne mus, men mus har kortare levetid enn rotter, og hos vaksne dyr er mange av sambanda mellom ulike område av hjernen allereie på plass. For å auke sjansen for at dei menneskelege hjernecellene kunne danne eigne koplingar og bli ein integrert del av rottehjernen, valde forskarane i denne studien å setje dei menneskelege hjerneorganoidene inn i rottehjernane få dagar etter fødsel.
Forskarane følgde rottene over lang tid, og såg at dei menneskelege hjerneorganoidene danna samband med andre område i rottehjernen, utvikla fleire typar modne hjerneceller som ikkje blir danna i organoider i laboratoriet, og over fleire månadar vaks i storleik saman med rottehjernen.
Menneskeceller regulerer rotteåtferd
For å undersøkje om dei menneskelege hjernecellene også fungerte som ein del av rottehjernen testa forskarane om dei menneskelege hjernecellene kunne ta imot sanseinformasjon frå rottenes sanseapparat og også kunne påverke åtferd. Då forskarane stimulerte verhår på rottesnuten så dei at dei menneskelege hjernecellene danna elektriske signal, slik ein vil forvente av hjerneceller som reagerer på sansestimuli.
Neste trinn var å sjå om menneskehjernecellene kunne påverke åtferda til rotta. I nokre av rottene sette forskarane derfor inn menneskelege hjerneorganoider frå celler som på førehand var genmodifisert, slik at akkurat desse cellene kunne oppfatte og responderer på lys frå ein fiberoptisk kabel operert inn i rottehjernen. Rottene kunne ikkje sjå lyset frå kabelen med auga, men det kunne menneskehjernecellene deira.
Forskarane trena opp rottene til å slikke på ei vassflaske når den fiberoptiske kabelen i rottehjernen lyste blått, men ikkje når den lyste raudt. Dette klarte dei ved å sørgje for at det var berre når det blå lyset var skrudd på at rottene fekk vatn om dei slikka på vassflaska. Den første dagen slikka rottene like mykje på vassflaskene uansett om det var skrudd på blått eller raudt lys i hjernane deira, men etter 15 dagar hadde dei lært seg å slikke på vassflaska når det blå lyset var skrudd på. Slik kunne forskarane vise at menneskeorganoidene hadde blitt ein fungerande del av rottehjernen, som både kunne oppfatte signal og sende informasjonen vidare til område i hjernen som regulere åtferda til rottene.
Ein modell for sjukdom i hjernen
Forskarane viste også at modellen kan brukast til å studere sjukdom som påverkar hjernen. I nokre av rottehjernane sat dei inn hjerneorganoider laga frå pasientar med Timothys syndrom, ein genetisk tilstand som mellom anna kan gi symptom som liknar autisme. I ei petriskål vaks organoider laga frå stamceller frå personar med Timothys syndrom like godt som organoider laga frå cellene til menneske utan syndromet. Men i rottehjernen utvikla cellene seg ulikt. Der viste det seg at hjerneorganoider frå menneske med syndromet utvikla unormale hjerneceller og vaks langsamare enn organoider laga frå stamceller henta frå personar utan tilstanden. Dette viste at rottemodellen kan gi informasjon om bakgrunnen for tilstandar som påverkar funksjonen til hjernen som ikkje andre forskingsmodellar gir informasjon om.
Etiske utfordringar
Men studien reiser også nokre vanskelege etiske problemstillingar både knytt til dyrevelferd og til særtrekket til artar. I mange kulturar blir menneske rekna som noko spesielt, og noko som står i ei moralsk særstilling i forhold til dyr. Dette kan vere grunngitt med at menneske har eigenskapar som dyr ikkje har, blant anna eigenskapar knytt til den menneskelege hjernen – som evna til å reflektere over eigen eksistens. Då kan det også vere problematisk å viske ut skiljet mellom dyrehjernen og menneskehjernen. Forskarane bak den amerikanske studien skriv i artikkelen at dei ikkje fann noko som tydde på at rørsla til rottene, minne eller åtferd var forskjellig frå andre rotter. Men kor stor del av rottehjernen kan vere menneskeceller før rotta ikkje lenger tenkjer som ei rotte?
USAs National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine kom i april 2021 med ein rapport der dei ser på forsking som har potensial til å skape menneskeleg medvit, blant dei hjerneorganoideforskning og transplantasjon av humane celler inn i dyrehjerner. Her stiller dei fleire spørsmål rundt skiljet mellom menneske og dyr, medvit, og velferda til dyr med menneskelege hjerneceller. Kan det tenkjast at det å setje menneskelege hjerneceller inn i ein rottehjerne kan gjere at rottene tenkjer mindre som rotter og meir som menneske, eller at dei utviklar noko form for menneskeleg medvit? Korleis kan vi i så fall vite det? Og kva må til før slike dyr må behandlast annleis enn andre forsøksdyr?
Komitéen bak rapporten meinte at det ikkje er sannsynleg at dagens dyremodeller vil utvikle meir menneskeleg åtferd eller eigenskapar, men at dette er eit forskingsfelt i rask utvikling, og at det kan bli nødvendig med eigne retningslinjer for denne typen forsking etter kvart som det blir utvikla stadig meir avanserte modellar.
