Det är en intensiv tid just nu, konstaterar Andrew Ewing, professor i analytisk kemi vid Göteborgs universitet. Forskningen om hjärnan går snabbt fram tack vare utvecklingen av allt bättre avbildningstekniker och analysmetoder. En av svårigheterna är att välja bland alla givande forskningsidéer.

– Det knepiga är att jag är intresserad av allt, och jag har bra medarbetare som ser till att hålla mig sysselsatt hela tiden.

Ett aktuellt projekt syftar till att avbilda och analysera strukturen och dynamiken i så kallade stressgranuler – stora, flytande kluster av RNA-bindande proteiner som bildas när cellen utsätts för stress.

–Stressgranuler är spännande att studera eftersom de kan kopplas till alla neurodegenerativa sjukdomar.

Vill förstå hur minnen skapas 

Men det stora temat i forskningen handlar om andra kemiska processer i hjärnan.

– En drivkraft är att förstå vad som händer när våra korttidsminnen skapas. Vi försöker alltså inte kartlägga minnena i sig, men den kommunikation i hjärnan som initierar minnesprocessen.

Hela tiden när vi känner, tänker och minns är signalsubstanser inblandade. En signalsubstans är en molekyl som förmedlar en nervsignal på kemisk väg från en nervcell till en annan i nervsystemet. Signalmolekylerna transporteras i små paket som kallas vesiklar och som måste levereras till rätt cell vid rätt tidpunkt. Hjärnan ska klara av att hantera miljardtals intryck varje sekund.

– Flera basala funktioner i kroppen är beroende av att vesikeltransporten fungerar felfritt, säger Andrew Ewing.

Störningar i vesikeltrafiken kan leda till att ämnesomsättning och nervsignalering påverkas, vilket kan bidra till sjukdomar som till exempel diabetes eller alzheimer. Det är en förklaring till att vesiklarnas roll har kommit fram i rampljuset.

Utvecklingen av ny teknik och nya metoder gör det möjligt att studera vesiklarna i allt högre upplösning. Bland annat används så kallad NanoSIMS-masspektrometri där man separerar molekyler från varandra och analyserar deras massa och laddning.

Med superupplösande mikroskop, så kallade STED-mikroskop, kan forskarna följa livets processer inne i levande celler. Upplösningen är 50 nanometer, mindre än en tusendel av tjockleken på ett hårstrå.

En ytterligare metod är elektrokemisk cytometri för att mäta innehållet i enskilda vesiklar.

Överraskande fynd om vesiklar

Viktiga upptäckter om vesiklarnas transportsystem belönades med Nobelpriset år 2013. Men mycket är fortfarande okänt. De senaste resultaten från Ewings grupp har fått stor uppmärksamhet. Tidigare utgick man från att vesiklarna släppte ut allt kemiskt innehåll i mötet med mottagarcellen. Denna princip, ”allt eller inget”, måste man nu omvärdera.

– Vi har gjort överraskande fynd som visar att vesiklarna inte frisätter hela paket, utan oftare rör det sig bara om delmängder, berättar Andrew Ewing.

Forskarna har lyckats undersöka och mäta innehållet av signalsubstans i enskilda vesiklar i levande celler. Genom att jämföra med den mängd signalsubstans som släpps ut är det möjligt att ta reda på hur mycket signalsubstans som frigörs från cellen.

Fortsatta analyser har klargjort att mängden signalsubstans varierar i olika situationer. Denna tidigare okända reglering tros ha en avgörande påverkan på mekanismer som kontrollerar vårt lärande och minne.   

Upptäckten ses som en milstolpe och utmanar en etablerad sanning. Andrew Ewing har själv fått tänka om – en viktig erfarenhet, menar han.

– Jag brukar säga att den bästa forskaren är en forskare som har kraft att ändra åsikt när det kommer nya resultat.

Ewing och hans team har av bara farten hittat en viktig variant av signalöverföring, som kallas ”öppen och stängd” eller partiell exocytos. I denna mekanism öppnar vesikeln en por, först litet och sedan mer och mer som om den ska öppnas hela vägen, innan den stängs igen.

– Våra resultat tyder även på att vesiklarna också plockar upp ämnen i samband med att de släpper ut sina ”paket”.

”Wallenberg Scholar är den direkta anledningen till den stora mängd forskningsresultat som vår grupp har producerat under de senaste åren. Jag ser anslaget som en ”livräddare”. Vi har kunnat skaffa teknisk utrustning och genomföra avancerade experiment som inte hade varit möjligt utan detta stöd.”

I nya studier analyseras bland annat hur celler dynamiskt kan reglera innehållet i vesiklarna och de mängder som ska frisläppas, vilket i sin tur kan påverka styrkan i hjärnans synapser. Hjärnan är plastisk och besitter en hisnande kapacitet till förändring och anpassning. Nu kan man fånga upp och studera denna plasticitet på en så basal nivå som i en enskild vesikel.

Kan ge behandlingsmöjligheter

Förhoppningen är att det en dag ska bli möjligt att kontrollera transporten av signalsubstanser i hjärnan genom att reglera enskilda vesiklar och hur de öppnas.

– Vi kan få verktyg för att förstå processer som påverkas av sjukdomar och helt nya farmaceutiska möjligheter.

Runt hörnet väntar ökad kunskap om mekanismerna bakom neurodegenerativa sjukdomar, till exempel alzheimer och parkinson – diagnoser som blir vanligare i en åldrande befolkning.

– Det skulle vara vårt viktigaste bidrag till mänskligheten om vi kan lösa problemet med demenssjukdomar och samtidigt en enorm vinst för samhället om vi kan hjälpa de äldre att leva mer funktionellt och självständigt på ålderns höst, säger Andrew Ewing.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Thi Ngoc Nhu Phan, Magnus Bergström