Forskere har udviklet en ny bremsepedal til hjernen

Peter på 29 år får epileptiske anfald flere gange om ugen. Anfaldene opstår ud af det blå. En elektrisk storm sætter hjernen ud af spil. De lægemidler, der skulle reducere overdreven elektrisk aktivitet i hjernen, rækker ikke. Og kirurgiske indgreb kommer også til kort. Så derfor vover han sig sjældent uden for en dør og sygner mere og mere hen i sin lejlighed.

Men nu er det håb for Peter.

I et nyt studie har et danskledet forskerhold udviklet en metode, hvor bittesmå magnetiske spoler skaber elektriske felter, der præcist dæmper aktiviteten i nærliggende nerveceller.

Det er banebrydende, noget man indtil for ganske nylig ville have afvist kunne lade sig gøre. For hidtil har stimulering af hjernevævet kun fået hjernecellerne op at køre. Neuronerne går så at sige i selvsving.

“Forestil dig, at du før kun havde en speeder, men at du nu også har en bremse. Det åbner en helt ny verden for dig,” siger Anpan Han, seniorforsker ved DTU Construct. Han har netop publiceret studiet i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Advanced Science sammen med et internationalt forskerteam fra bl.a. Harvard Medical School, Yale School of Medicine og Københavns Universitet.

Han er ikke et sekund i tvivl om, at opdagelsen kan føre til nye behandlinger – med potentiale til at helbrede patienter med epilepsi og andre sygdomstilstande med overaktivitet i bestemte dele af hjernen.

Hidtil har lægerne kun kunnet forsøge at dæmpe signalerne indirekte og ukontrolleret. Nu har vi for første gang en reel bremse, som hæmmer neuronerne direkte.

“Hvis din bil kun har en speeder, kan du kun bremse ved at løfte foden og håbe, at farten daler af sig selv. Det er upræcist og svært at kontrollere. Sådan har vi også tænkt om hjernen – som noget, der kun kunne aktiveres, men ikke dæmpes. Men det viser sig, at den faktisk har en indbygget bremse, som skaber balancen i hjernen. Nu har vi fundet en ny bremse til at styre den balance,” siger han.

Opfindelsen virkede stik mod forventning

Opdagelsen kom uventet. Anpan Han og hans kolleger ved DTU havde i flere år arbejdet med magnetiske mikrospoler – bittesmå komponenter, der kan placeres direkte i hjernen og påvirke underliggende nerveceller med elektriske felter. De udviklede teknologien for at undersøge, om man kunne skabe en ny måde at aktivere hjerneceller på – en form for blød speeder, der skulle stimulere hjerneaktivitet på en mere skånsom og præcis måde end de eksisterende elektroder.

I modsætning til elektroder, som sender jævnstrøm direkte ind i vævet og får hjernecellerne op at køre, skaber mikrospolen et elektrisk felt ved hjælp af en vekselstrøm – altså en strøm, der hele tiden skifter retning. Det elektriske felt breder sig mere blidt og diffust ud i vævet.

Men da de begyndte at teste spolerne i levende musehjerner, opdagede de noget meget mærkværdigt. For i stedet for at få neuronerne til at piske rundt, fik spolerne dem til at falde til ro. De blev ikke aktiveret, men hæmmet.

”Det var en kæmpe overraskelse,” siger Anpan Han og fortsætter: ”Vi troede, vi havde lavet en ny slags speeder. Men det viste sig at være en bremse.”

For at forstå, hvad der skete, måtte forskerne helt tæt på hjernevævet. At studere cellekulturer i petriskåle var ikke nok, da de kun rummede løsrevne celler. Og menneskehjerner var selvsagt udelukket – både af etiske grunde og fordi teknologien stadig er i en tidlig fase. Forskerne valgte derfor musehjerner, der gør det muligt for dem at følge, hvordan signaler bevæger sig på tværs af lag og mellem forskellige typer af neuroner.

Ved hjælp af avanceret mikroskopi og billedanalyse kunne forskerne følge cellernes reaktion i realtid. Og jo mere de kiggede, jo tydeligere blev det: Det elektriske felt fra spolen dæmpede hjerneaktiviteten præcist i det målrettede område – et område der i forsøg kun var en syvendedel så stort som det, der aktiveres med traditionelle elektroder.

Kampen om en idé

Da det stod klart for forskerne, at de havde opdaget noget nyt – og måske noget stort – begyndte en ny fase af arbejdet. Ikke i laboratoriet, men i det juridiske og strategiske maskinrum, hvor idéer bliver omsat til rettigheder og fremtidige teknologier. Sammen med sine kolleger indsendte Anpan Han således en patentansøgning. I over et år arbejdede de diskret med at finpudse teknologien og samle data. Og de opbyggede samarbejder, der kunne modne opfindelsen til at kunne danne fundamentet for nye banebrydende teknologier.

”Vi kunne ikke sige noget offentligt,” pointerer Anpan Han. ”For vi var nødt til at beskytte idéen indtil patentet var i hus. Det er den nu, og det er det, der giver os frihed til at videreudvikle den – og mulighed for, at andre engang kan få glæde af den,” siger han.

Konkurrencen på feltet er stor. Rundt om i verden arbejder forskergrupper på alternative former for neuromodulation, hvor magnetiske felter bruges til at påvirke hjernen uden de bivirkninger og upræcise effekter, som man ser ved de konventionelle elektroder.

Nogle forskergrupper især i USA og Asien arbejder med transkraniel magnetstimulation (TMS), hvor store eksterne spoler påvirker hjernen udefra. Men teknikken har svært ved at trænge dybt og præcist ind i hjernen. Den nye mikrospole kan implanteres og virker direkte dér, hvor den placeres – med høj præcision og færre bivirkninger. Det danske projekt skiller sig ud ved at kombinere mikroskala, implantérbarhed og hæmmende effekt i ét samlet system.

Derfor er det også en form for kapløb. Ikke bare om at forstå hjernen – men om at levere de teknologier, som læger og patienter i fremtiden kan tage i brug.

Et muligt gennembrud for behandling af hjernen

Epilepsi er et oplagt første mål. Op mod en tredjedel af patienterne reagerer ikke på medicinsk behandling, og de eksisterende kirurgiske alternativer er invasive og forbundet med betydelig risiko. En implanterbar bremse, der kan dæmpe anfald lige dér, hvor de opstår, uden at skade resten af hjernen, vil være et paradigmeskifte. I museforsøg er teknologien allerede vist at reducere styrken af epileptiske udladninger med over 50 procent. Det åbner døren for Peter og giver ham en mulighed for at blive en del af fællesskabet.

Men teknologien kan også blive kimen til nye effektive behandlinger af andre invaliderende sygdomme.

Ved kroniske smerter, som skyldes vedvarende overaktivering af bestemte nervebaner, kan den nye teknologi måske dæmpe netop de signaler, der holder smerteoplevelsen ved lige.

Det samme gælder tinnitus, hvor fejlsignaler i hjernens hørebark skaber en vedvarende og invaliderende lydopfattelse.

Og ved fx overspisning eller hjerterytmeforstyrrelser kan den fokuserede dæmpning af elektrisk aktivitet i bestemte hjerneområder blive et alternativ til medicin, der i dag rammer hele kroppen og derfor medfører betydelige bivirkninger.

I dag arbejder forskerne tæt sammen med både kliniske eksperter og teknologiske partnere for at identificere, hvor teknologien først bør tages i brug. Og et nystartet iværksætterfirma skal føre teknologien ud af laboratoriet og ind i sundhedsvæsenet.

Behovet er enormt. For langt de fleste neurologiske og psykiatriske sygdomme handler i sidste ende om ubalancer i hjernens elektriske kredsløb.

“Her giver den nye opdagelse masser af håb om mulige behandlinger, som endda bygger på hjernens egen måde at regulere sig på,” siger han.