Wallenberg Scholars

Grundforskning för självläkande hjärnor

En hjärna som skadas av en sjukdom eller ett slag, ett trauma, kan i dag inte repareras. Men Patrik Ernfors hoppas att hans forskning ska bidra till att hjärnan i framtiden kan stimuleras till att självläka. Han tror att förståelsen av mekanismerna bakom stamcellernas celldelning kan vara en avgörande faktor.

Skugglik man som tittar i mikroskop dataskärm med cellbild i bakgrunden

– Vi hoppas och tror att våra fynd inte bara kan hjälpa hjärnan att självläka vid skador utan att de också ska öppna för att nya behandlingsformer för vissa cancersjukdomar kan utvecklas.

Patrik Ernfors, som är professor i molekylär neuroutveckling vid Karolinska Institutet, och hans forskargrupp har skapat ett nytt forskningsfält.

Det finns väldigt många forskare i världen som studerar stamceller, nästan alla försöker förstå vad det är som gör, och hur det går till, att embryonala stamceller som i de närmaste kan utvecklas till alla typer av celler, specialiserar sig och utvecklas till exempelvis hudceller, blodceller eller nervceller. Patrik Ernfors forskargrupp är i princip ensamma om att studera mekanismerna kring själva celldelningen.

– Stamcellerna är speciella eftersom de kan dela sig obegränsat. Men det har forskats väldigt lite om hur delningen regleras. Kunskapen om delningen hos embryonala och neurala stamceller är knapphändig, konstaterar Patrik Ernfors, som med anledning av sin framstående forskning utsågs till Wallenberg Scholar 2010.

Stimulans till självreparation

Varje celldelning ger antingen upphov till två helt nya stamceller som ser till att bevara stamcellsegenskaperna, eller till en ny stamcell och en specialiserad, differentierad, stamcell med nya egenskaper.

Forskarna vet att hjärnan har ett sätt att styra specialiseringen av stamcellerna i hjärnan. Problemet är att det finns för få stamceller, för att de i sin tur ska kunna bilda ett tillräckligt stort antal ersättningsceller som kan reparera skador. Patrik Ernfors hoppas att hans forskning ska avslöja mekanismerna bakom processen.

– Då skulle man kunna designa läkemedel som kunde stimulera en ökning av antalet stamceller och på så vis hjälpa hjärnan att reparera sig själv.

"Anslaget ger mig ekonomisk frihet att angripa stora och svåra frågeställningar. Jag kan gå ut i okänd mark för att leta nya principer och mekanismer, något som är oerhört viktigt för att nå ny kunskap."

Saknar protein

Uppkomsten till forskningsfältet var ett oväntat fynd som Patrik och hans forskargrupp gjorde 2008. De fann att celldelningen av stamceller, och därmed också deras antal, styrs genom en mycket oväntad mekanism som helt skiljer sig från andra somatiska celler i kroppen. Embryonala stamceller saknar det protein som bestämmer om cellen ska dela sig eller specialisera sig. Det är samma protein som också bestämmer hastigheten på celldelningen i somatiska celler.

– Vi upptäckte bland annat att embryonala stamceller har andra mekanismer som styr celldelningen och att denna mekanism också styr delningen av stamceller i den vuxna hjärnan.

De fann också en signalsubstans eller neurotransmittor, som gjorde att cellerna delade sig långsammare genom att påverka proteiner kopplade till kromatinet, som består av strukturproteiner bundna till arvsmassan,  DNA:t.

– Det fick oss att fokusera på att försöka förstå proteiner bundna till DNA:t och deras roll vid celldelning.

Ny cancerbehandling?

Patrik Ernfors menar att om man förstår mekanismerna bakom stamcellers celldelning kan möjligheter öppnas för att lära sig hur man kan både öka och minska stamcellernas antal, och genom detta påverka hur många nya utmognade hjärnceller som bildas i den vuxna hjärnan.

– Vi vet att det finns ett direkt samband mellan antalet nybildade hjärnceller, inlärning och minne. Försök med möss visar att antalet celler påverkar inlärningen och det gäller troligen människan också.

Kopplingen till cancersjukdomar går via celldelningen. Det är väldigt få celler i en tumör som kan bilda och förnya tumörceller som skapar metastaser. I dag är forskarvärlden ganska enig om att det finns cancerstamceller som för vidare mutationer vid delningen.

– De är resistenta mot de flesta behandlingar. Vi studerar främst hjärncancersjukdomen Gliom. Vi letar efter små molekyler som styr celldelningen. Förstår vi mekanismerna bakom celldelningen kan vi kanske skapa behandlingsmetoder som om stoppar delningen och därigenom spridningen av cancercellerna, säger Patrik Ernfors.

Text Carina Dahlberg
Bild Magnus Bergström