Ända sedan 1960-talet har forskare försökt att skapa cellbaserade modeller av olika organ, så kallade organoider. Stora framsteg har gjorts de senaste decennierna, men hittills har det krävts mycket manuellt arbete för bygga samman cellerna till organ, som sedan ska överleva i små brunnar eller på plastytor. 

– Vi behöver få mer ordning och reda på de olika stegen i processen. Genom att använda mikrofluidala tekniker kan vi skapa organoider som blir likadana varje gång, med ett exakt antal celler. Med en systematisk kontroll och styrning så öppnas möjligheten till bättre resultat från dagens cancerforskning, säger Maria Tenje.

Organoider är i praktiken små levande cellklumpar som utvecklas från stamceller. Genom att stamcellerna kan styras till att bli allt från leverceller till nervceller så bildar organoiderna små modeller av mänskliga organ. Dessa kan sedan användas i forskningen för att studera såväl bakterie- och virusangrepp som för att testa nya läkemedel. 

Nervceller utmanar

Maria Tenjes mål är att bidra till en mer systematisk utveckling av organoider som består av nervceller. Hennes intresse för nervceller väcktes när hon kom i kontakt med ett projekt vid Köpenhamns universitet som syftade till att utveckla en modell av blodhjärnbarriären. Barriären är kroppens sätt att skydda hjärnan från skadliga ämnen i blodbanan men även ett oönskat hinder för att transportera läkemedel till hjärnan, till exempel för att behandla en hjärntumör. 

– Dels lockades jag av de stora utmaningarna det innebar att arbete med blodhjärnbarriären, dels var det ett område där jag som teknisk forskare tydligt kunde bidra till inom life science-området. Samtidigt gjorde projektet det tydligt att det var en modell av hjärnan som var det slutliga målet, säger hon. 

Med hjälp av utnämningen till Wallenberg Academy Fellow har hon satt samman en forskargrupp med mycket olika men kompletterande kompetenser. Här finns specialister inom bland annat mikrofluidik, bioteknologi och medicinsk teknik. Tillsammans bygger de nu upp en plattform som ska underlätta utvecklingen av organoider av nervceller, eller minihjärnor enkelt uttryckt.

Ett av problemen med dagens organoider är att förse de celler som finns i mitten av miniorganen med näringsämnen.

– Vi använder en särskild hydrogel för att mer strukturerat kunna styra utvecklingen av nervcellerna. I hydrogelen kan vi sedan skapa kanaler som liknar hjärnans blodkärl. Då blir det möjligt att tillföra de näringsämnen och tillväxtfaktorer som krävs på ett kontrollerat sätt, säger Maria Tenje. 

Knuffar celler med ultraljud

Hydrogelen är en viktig komponent för att efterlikna cellernas naturliga miljö. Den utgörs av ett polymermaterial som består av cirka 98 procent vatten där cellerna kan växa på samma fria sätt som inuti kroppen. I en droppe hydrogel tillsätts ett visst antal nervceller som sedan knuffas samman till en enhet med hjälp av ultraljud och krafter från akustisk resonans. 

– Därefter kan de växa samman utan kontakt med något annat än med varandra. Sedan flyttar vi dem till en mikrofluidal plattform där vi skapat nätverk av mjuka kanaler som de kan fortsätta utvecklas kring, och som kan fylla funktionen av naturliga blodkärl. 

För att skapa kanalerna används en form av 3D-skrivarteknik som kallas tvåfotonstrukturering. Tekniken gör det möjligt att skapa ett nätverk av fria strukturer eller kanaler inuti en hydrogel och vidareutvecklades inom det tidigare blodhjärnbarriärprojektet.

Men innan det växer fram likadana minihjärnor i Maria Tenjes labb återstår en rad utmaningar. Kommer det vara möjligt att knuffa nervcellerna på plats utan att de skadas, eller påverkas de biologiskt av ultraljudet? Och är det ens möjligt att rent tekniskt sy samman alla delar till en fungerande plattform?  

– Detta är ett forskningsprojekt med hög risk att misslyckas. Men även om vi misslyckas kommer det att innebära att vi lärt oss mycket på vägen. Ingen har någonsin tidigare gjort något liknande och den sortens utmaningar lockar mig. Dessutom är det en stor drivkraft att på sikt kunna göra en skillnad för de som drabbas av cancer i hjärnan. 

"Wallenberg Academy Fellow ger dig ett fantastiskt nätverk som både inspirerar och gör det möjligt att använda verklig expertkunskap för att nå vidare."

Ytterligare en utmaning hon står inför är att hitta sätt att studera de växande minihjärnorna. Här kan ett gryende samarbete med forskare vid UC Santa Barbara i Kalifornien bli avgörande. Där utvecklas en mikroskopiteknik som gör det möjligt att avbilda och följa tillväxten av cellerna inuti hydrogelen för att se hur de inre strukturerna påverkas över tid. 

Hjärnor som lever i labb är inte ovanliga inom science fiction-litteraturen. Ett exempel är PC Jersilds bok En levande själ där en mänsklig hjärna hålls vid liv flytande i ett akvarium av näringslösning. Att hjärnan i romanen kan bli verklighet i framtiden är ingen omöjlighet, menar Maria Tenje. 

– Någon dag kommer vi att nå dit därför är det viktigt att vi redan i dag diskuterar de etiska aspekterna. Även de celler som vi använder kommer ju från en verklig person och det är viktigt att ha med sig, säger hon. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström