Hundredvis af små hjerner, der er dyrket i et laboratorium, har efter 60 dage i en petriskål udviklet en tidlig form for øjne, som reagerer på lys. 

Mini-hjernerne er skabt af stamceller fra mennesker, og med et nyt studie har et tysk forskerhold forfinet metoden til at skabe øjenstrukturer i mini-hjernerne, der også er kendt som organoider. 

»Arbejdet giver os en bedre forståelse af, hvordan øjet og hjernen udvikler sig i det helt tidlige stadie hos os mennesker,« forklarer lektor Agnete Kirkeby, der forsker i mini-hjerner på Københavns Universitet. 

Allerede i 2011 lykkedes det for første gang et japansk forskerhold at dyrke mini-hjerner med samme form for umodne øjne. Siden er metoden blevet brugt med succes af flere forskellige forskergrupper. 

Nyheden i det aktuelle studie er dog, at forskerne har mere kontrol over udviklingen af de primitive øjne. Blandet andet er de i lykkedes med at udvikle to øjne, der vokser symmetrisk, og dermed minder lidt om, hvordan øjne normalt vokser frem, fortæller Agnete Kirkeby, der ikke har været en del af forskningen: 

»Tidligere har det været mere tilfældigt, hvordan den her tidlige form for øjne har udviklet sig. Forskergruppen her er lykkedes med at udvikle to øjenstrukturer, der bliver dannet symmetrisk og placerer sig i den ene ende af mini-hjernen, og det er flot,« forklarer hun. 

Og for god ordens skyld: Den tidlige form for øjne, forskerne har skabt kan ikke ‘se’, selvom der er fundet tegn på, at de reagerer på lys, og mini-hjernerne fungerer heller ikke på et stadie, hvor man kan tale om bevidsthed eller tankevirksomhed.

Kan behandle blindhed og øjensygdomme på sigt

En mini-hjerne med meget tidligt udviklede øjne lyder freaky, og det er de da også, men der er en mening med galskaben, pointerer Agnete Kirkeby, der selv leder forskningsgruppen Kirkeby Lab på Institut for neurovidenskab på Københavns Universitet:

»Det er ikke sådan, at vi forskere vil eller kan lave en helt ny hjerne med stamceller. Formålet er at forstå, hvordan enkelte dele af hjernen udvikler sig, så vi kan blive bedre til at behandle på celleniveau,« forklarer hun.

I det nye studie har forskerne kortlagt cellerne i øjets tidlige udviklingsstadie, og med en bedre forståelse af øjets struktur og udvikling kan man på sigt udvikle cellebehandling, der eksempelvis kan kurere blindhed, brandskader på øjenlinsen og andre øjensygdomme.

»Med studiet er man et skridt nærmere at kunne genskabe hele udviklingen af et øje og dermed en forståelse af, hvordan man laver hver enkelt celletype i øjet. Det er vigtigt, fordi forskellige øjensygdomme påvirkes af forskellige celletyper,« uddyber Agnete Kirkeby.

Her er en af mini-hjernerne, som forskerne fremhæver i studiet. Den er 60 dage gammel. Den tidlige form for øjne reagerer på lys, men det giver ikke mening at sige, at de kan se, da mini-hjernerne ikke fungerer på et stadie, hvor man kan tale om bevidsthed eller tankevirksomhed. (Foto: Gabriel et al./Cell Stem Cell)

Har skabt øjne, der svarer til et fosterstadie

Den tyske forskergruppe bag det nye studie såede i deres eksperiment stamceller i 314 petriskåle, hvoraf 226 - svarende til 72 procent - af dem altså med tiden udviklede en form for øjenstruktur. 

Øjenstrukturen, der opstod i de små hjerner, kaldes ‘optic cups’. Der findes ikke rigtig en god dansk oversættelse af ordet, men det er en beskrivelse af, hvordan øjet ser ud i sit tidlige udviklingsstadie.  

Det er med andre ord en struktur, der opstår i den helt tidlige del af fosterstadiet og som med tiden kan udvikle sig til et helt øje.

»‘Optic cups’ er betegnelsen for et øje under modning, og når de modner disse strukturer i laboratoriet, kan de opnå en tidlig øjenstruktur, svarende til det du finder i et sent fosterstadie på et barn på op til 6 måneder,« forklarer Agnete Kirkeby.

Allerede efter 30 dage kunne forskerne se spor af de fremvoksende ‘øjne’. Efter 50 dage var de primitive ‘øjne’ synlige, og efter 60 dage afsluttede forskerne eksperimentet, fordi mini-hjernen ikke længere kunne holdes i live.

Mini-hjernerne efter kun 30 dage i laboratoriet, da forskerne kunne se de første tegn på øjne. Udviklingen af øjnene passer godt med, hvad man ser hos menneskelige fostre, og det understreger, at forskernes metode kan give et realistisk indblik i, hvordan øjet udvikler sig. (Foto: Gabriel et al./Cell Stem Cell)

Øjnene havde linser og reagerede på lys

Forskerne kunne dog ikke bare se de umodnede øjne som to sorte klatter i mini-hjernerne, der i bund og grund også ligner en form for klatkager. 

De kunne også se, at øjenstrukturen bestod af såkaldte retinale celler, der aktiverede neurale netværk i den lille hjerne, når ‘øjnene’ blev mødt af lys. På den måde kunne forskerne konkludere, at den fremdyrkede øjenstruktur var følsom overfor lys. 

»Definitionen på fungerende øjenceller er, at de reagerer på lys ved at sende signaler rundt i det neurale netværk. Så det er et tegn på, at de er på rette vej med hensyn til at skabe et velfungerende øje,« lyder det fra Agnete Kirkeby.

De primitive øjne bestod derudover også af en linse og væv fra en hornhinde. Særligt det, at forskerne har skabt en øjenstruktur med linser, er imponerende, tilføjer Agnete Kirkeby - det er nemlig aldrig set før. 

Stamcelleforskning svarer til at udvikle opskrifter i et køkken

Hvis du undrer dig over, hvordan i alverden man kan lave mini-hjerner med små øjne, er du nok ikke alene.

I det nye studie har forskerne brugt såkaldte pluripotente stamceller - også kaldet iPSC - til at skabe mini-hjernerne. Pluripotente stamceller er »fascinerende«, da de har potentialet til at lave alle celler i den menneskelige krop, forklarer Agnete Kirkeby.

»Der er de allertidligste celler, der opstår, lige efter ægget er blevet befrugtet,« siger hun.

»Cellerne kan du holde i en kultur, hvor de deler sig, og hvis du giver dem de rette signaler, kan du bestemme, hvilke celletyper de skal udvikle sig til. Det kan være alt fra leverceller, tarmceller eller muskelceller. Eller altså celler med øjenstrukturer,« uddyber Agnete Kirkeby.

Det at give cellerne en kombination af de rigtige biologiske signaler, så de eksempelvis udvikler øjne, er en hardcore videnskab i sig selv. 

»Det er utroligt komplekst, og det er egentlig meget trial-and-error. Det svarer til at stå i et køkken og udvikle den helt perfekte opskrift. Hvis der bare er små ændringer i miljøet eller koncentration, og timingen ikke er helt perfekt, kan en levercelle nemt blive til en tarmcelle,« forklarer Agnete Kirkeby.

I det nye studie er forskerne lykkedes med - for nu at blive i analogien - at skabe en god stamcelle-opskrift på 72 procent af deres prøver, men den er ikke nødvendigvis perfekt. 

»Optic cup-cellerne har de mestret. Det er der ikke tvivl om. Men de udgør kun 10 procent af alle cellerne i mini-hjernen. Resten af cellerne i mini-hjernen er ret blandede. Så der er plads til forbedring, hvis de vil styre udviklingen af cellerne i mini-hjernen 100 procent,« påpeger Agnete Kirkeby.

I fremtiden kan vi måske dyrke hele øjne

Forskningen i stamceller og mini-hjerner leder hurtigt tankerne hen på science fiction-fantasier om muligheden for evigt liv og konstruktionen af små menneskefostre i dunkle laboratorier.

Den slags forestillinger ligger dog langt ude i fremtiden, hvis de da overhovedet er realiserbare. Agnete Kirkeby er skeptisk:

»Jeg tror aldrig nogensinde, at vi lykkes med at lave en hel hjerne ud fra stamceller. Det har jeg svært ved at forestille mig. Men det er nok teoretisk muligt at kunne lave et øje, da det er en begrænset struktur, som vi kender ret godt, og så sidder den uden på hjernen,« vurderer hun og tilføjer:

»Men vi er selvfølgelig ret langt fra at kunne gør det i praksis.«

I dag er stamcelleforskningen rettet mod at få en bedre forståelse af, hvordan vi kan behandle avancerede sygdomme som Parkinsons, Alzheimer, autisme og så videre. 

Formålet med den nye forskning, er - foruden at blive klogere på forholdet mellem hjernen og øjnene, og hvordan øjet udvikler sig - som tidligere nævnt også at kunne udvikling behandling, der eksempelvis kan kurere blindhed og andre øjensygdomme. 

Det er heller ikke første gang, at forskere har undersøgt muligheden for at dyrke øjenstrukturer med stamceller. I 2019 genvandt en japansk kvinde synet efter en banebrydende operation, hvor hun fik transplanteret en ny hornhinde, der var lavet af stamceller, ind i øjet.

Forskerne bag det nye studie arbejder på at udvikle en metode, så de kan holde ‘de optiske koppe’ i mini-hjernerne i live i mere end 60 dage og dermed undersøge dem i længere tid.