Nye molekylkart viser hjernens skjulte kjemi

Tradisjonelle mikroskopibilder viser hvordan celler og vev ser ut. Den nye teknologien gjør det mulig å se noe som tidligere har vært skjult: hvordan tusenvis av ulike molekyler er fordelt i vevet.

Ved hjelp av avansert massespektrometri får hvert punkt i en vevsprøve sitt eget kjemiske fingeravtrykk. Disse dataene settes sammen til detaljerte vevsbilder og kart som avslører den molekylære organiseringen i hjernen.

Forskerne har samtidig utviklet nye analyse- og visualiseringsverktøy som gjør de store datamengdene lettere å tolke. I et nytt atlas er den kjemiske organiseringen i 123 ulike områder av musehjernen beskrevet.

Illustrasjon: Jens Pahnke, OUS/UiO

-Vi kan nå se strukturer i hjernen som tidligere var usynlige. Ikke bare hvordan vevet ser ut, men også hvilke molekyler som finnes hvor, og hvordan de samhandler, sier professor Jens Pahnke ved Universitetet i Oslo (UiO) og Oslo universitetssykehus (OUS).

Målet er å kunne oppdage sykdomsforandringer på et langt tidligere stadium enn det som er mulig med tradisjonelle vevsanalyser.

Hvorfor fettstoffer er viktige

En viktig del av forskningen handler om fettstoffer (lipider), som er avgjørende byggesteiner i hjernen.

De inngår i cellemembraner av alle celler og spiller en sentral rolle i kommunikasjonen mellom nerveceller.

Flere av de viktigste genetiske risikofaktorene for Alzheimers sykdom påvirker nettopp hvordan slike fettstoffer transporteres og omsettes i hjernen.

Molekylatlaset viser at lipidene følger svært presise mønstre, og at hjerneområder som samarbeider ofte har lignende kjemiske kjennetegn.

-Når vi ser hvordan fettstoffene er organisert, får vi helt nye spor til hvorfor enkelte deler av hjernen er mer sårbare for sykdom enn andre. Kablene i hjernen har en «fettstoff QR kode», sier Pahnke.

Forskerne har også undersøkt den kjemiske sammensetningen rundt de karakteristiske proteinavleiringene som finnes ved Alzheimers sykdom.

Dette gir ny innsikt i hvordan sykdommen starter og utvikler seg.

Muligheter langt utover demens

Selv om forskningen har et særlig fokus på hjernen, kan teknologien brukes på mange typer vev og sykdommer.

Metoden kan blant annet benyttes til å studere hjernesvulster, andre kreftformer og metastaser, betennelsessykdommer og nyresykdom.

Molekylkartene gjør det mulig å sammenligne sykt og friskt vev, identifisere molekylære forskjeller innenfor samme svulst og undersøke hvorfor enkelte områder reagerer ulikt på behandling.

Foto: Jens Pahnke, OUS/UiO

-Dette gir oss et ekstra lag med informasjon som kan hjelpe oss å forstå sykdomsprosesser mye mer detaljert enn før.

På sikt håper vi at slike analyser kan støtte både diagnostikk og riktig valg av tilpassete behandling, sier Pahnke.

Teknologien er foreløpig et forskningsverktøy og må evalueres grundig i pasientmateriale før den kan tas i bruk i klinisk diagnostikk.

Et nytt blikk på sykdom

Forskerne understreker at målet ikke er å erstatte mikroskopet, men å supplere dagens metoder med mer informasjon om den underliggende kjemien i vevet.

Der forskere og leger tidligere først og fremst kunne studere vevets struktur, åpner molekylkartene et nytt vindu inn i de biologiske prosessene som ligger bak helse og sykdom.

Foto: Ine Eriksen, UiO

-Vi beveger oss fra å se på vevets form og genetikk til også å forstå vevets funksjonelle biokjemi og molekylære interaksjoner. Det kan bli et viktig skritt mot tidligere og målrettede diagnoser og mer virkelig persontilpasset behandling, for eksempel når vi forstår forskjellige kreftundertyper bedre, sier Pahnke.

Om forskerne

Jacob Gildenblat er Dr.-Ing. kandidat og arbeider med datavisualisering og maskinlæring for molekylære vevsbilder. 

Professor Jens Pahnke leder en forskningsseksjon (www.PahnkeLab.eu) ved UiO og OUS, hvor forskningen setter søkelys på hjernesykdommer, blant annet demens og hjernekreft.

Artikkel: https://doi.org/10.1126/sciadv.aed3650

Demensforskningsprisen til Jens Pahnke - Institutt for klinisk medisin