Superhurtig hjerneskanning kan finde alzheimers

Metoden er baseret på en særlig hjerneskanningsteknik, MREG-BOLD, og den har i både dyreforsøg og i patientforsøg vist sig kunne spore alzheimers.

”Håbet er, at metoden kan gøre det muligt at diagnosticere alzheimers hos mennesker 10-20 år tidligere, end det typisk sker i dag. Altså allerede, når en person er i 40erne – og vel at mærke på et tidspunkt, hvor der typisk slet ikke har vist sig tegn på sygdommen endnu”, forklarer professor Maiken Nedergaard fra Københavns Universitet og professor Vesa Kiviniemi fra det finske University of Oulu.

De to neuroprofessorer står i spidsen for arbejdet med at raffinere, teste og vurdere den nye metode, og arbejdet støttes fra dansk side af Lundbeckfonden.

Alzheimers, som typisk viser sig i de ældre år, er i stærk vækst i hele den vestlige verden – primært på grund af stigende levealder. Og lykkes det at vise, at den nye metode kan diagnosticere alzheimers hos mennesker årtier inden sygdommen slår igennem i form af bl.a. kognitive problemer, vil det i flere henseender kunne ændre alzheimers-dagsordenen, vurderer forskerne.

”I dag er der ingen mulighed for at yde en egentlig behandling, når diagnosen stilles, fordi sygdommen på det tidspunkt allerede er så vidt fremskredet og patientens hjerne så nedbrudt, at det uundgåeligt ender med døden. Hvis man derimod kan opdage alzheimers på et meget tidligt stadie, hvor skaderne trods alt er begrænsede, bør det alt andet lige gøre det lettere at udvikle en behandling, som vil kunne hindre sygdommen i at udvikle sig uhæmmet. Eller måske ligefrem helt kunne stoppe den”, siger professor Maiken Nedergaard.

Hjernens opvaskemaskine

Hos mennesker og andre pattedyr findes et biologisk system, som går under populærnavnet ’hjernens opvaskemaskine’; blandt læger er det kendt som det glymfatiske system.

Det er dette system – denne ’opvaskemaskine’ – der sørger for, at pattedyrhjernen løbende kommer af med skadelige affaldsstoffer, fx nedbrudte proteiner. Og denne bortskaffelse finder primært sted, når vi sover.

Skal man meget forsimplet beskrive, hvordan ’opvaskemaskinen’ arbejder, kan man sige: At hjernen i søvnfasen åbner sine interne porte, døre og forbindelsesveje – så den kan gennemskylles af hjernehindevæske (cerebrospinalvæske, CSF). Og når denne væske senere, via nerver og lymfekar, løber ud af hjernen, skylles hjernens affaldsstoffer med ud.

Denne proces, som aldrig tidligere havde været beskrevet, var hovedtemaet i en meget omtalt forskningsartikel i Science i 2013. Bag artiklen stod en gruppe hjerneforskere under ledelse af Maiken Nedergaard – og teorien om ’hjernens opvaskemaskine’ har siden været hovedtemaet for hendes forskning.

Det glymfatiske system drives bl.a. af pulsen, som stammer fra hjertets pumpebevægelser – men formentlig også af åndedrættet og af muskelsammentrækninger i arterierne. Og siden ’opvaskemaskinen’ første gang blev beskrevet i Science-artiklen i 2013, har et helt centralt spørgsmål været:

Er det muligt at analysere drivkræfterne bag ’opvaskemaskinen’ i relation til hjernesygdomme? Altså se om – og i givet fald hvordan – forskellige hjernesygdomme mere detaljeret påvirker det glymfatiske system? For hvis det kan lade sig gøre at hente sådanne informationer fra søvnens rige, kan svarene muligvis bruges til at diagnosticere forskellige hjernesygdomme, herunder alzheimers.

”Netop det spørgsmål har Maiken Nedergaard og jeg arbejdet sammen om at skaffe detaljerede svar på”, fortæller professor Vesa Kiviniemi, der er specialist i hjerneskanningsteknikker, og tilføjer: ”Her har det vist sig, at hastighed spiller en helt afgørende rolle – nemlig den meget høje hjerneskanningshastighed, som vi kan opnå ved at bruge MREG-BOLD-teknikken. Og noget helt centralt ved metoden er desuden, at skanningerne let kan gennemføres uden anvendelse af kontrastvæske”.

At høj skanningshastighed giver flere detaljer, er ikke nødvendigvis umiddelbart indlysende - kører man fx 150 kilometer i timen på en motorvej, er det jo trods alt begrænset, hvor meget man egentlig ser af det landskab, man racer igennem.

Men når det gælder drivkræfterne bag ’hjernens opvaskemaskine’ er sagen en lidt anden, forklarer Vesa Kiviniemi:

”Hvis man ved hjælp af mere traditionelle hjerneskanningsteknikker prøver at skaffe sig et billede af drivkræfterne bag det glymfatiske system, får man – groft sagt – et blandet signal på skærmen. Det er ikke særlig informativt - man ikke kan skille de forskellige drivkræfter fra hinanden, fordi de ligesom løber sammen – og du kan fx ikke se forskel på påvirkninger fra puls og åndedræt. Men når man så sætter skanningshastigheden omkring 20 gange i vejret, som vi gør med MREG-BOLD, sker der noget: Så bliver det blandede signal pludselig til flere separate signaler, som hver især repræsenterer en af drivkræfterne bag systemet. Og så kan man begynde at tænke i diagnosticeringsbaner”.

MREG-BOLD-skanningen er så hurtig, at der skabes ti komplette billeder af hjernen pr. sekund – og   da skanningen varer cirka 10 minutter, bliver det til i alt 6.000 komplette hjerneskanninger.

Og når disse enormt mange data analyseres, bliver det fx muligt at se, hvordan pulsens påvirkninger af det glymfatiske system ændrer sig i forbindelse med alzheimers:

Det dansk-finske forskerhold viste det først i forsøg med mus, som ved genetisk manipulation havde fået alzheimers – og senere er det konstateret i et patientforsøg ved Universitetshospitalet i Oulu. Her fik en gruppe patienter i 60års-alderen - der alle var diagnosticeret med alzheimers, men endnu ikke havde udtalte symptomer på den neurodegenerative lidelse - målt pulsens påvirkning af det glymfatiske system. Og disse resultater blev derefter sammenlignet med tilsvarende målinger hos en gruppe jævnaldrende, som ikke havde alzheimers.

Resultatet var klart: Fundet hos alzheimerspatienterne svarede til, hvad der tidligere var observeret i forsøget med alzheimersmus, nemlig at sygdommen saboterer pulsens drivkraft-funktion i det glymfatiske system. Det sker typisk i de regioner af hjernen, som især rammes ved alzheimers, fx i og omkring hippocampus, og effekten kan være så udtalt, at pulsen bogstaveligt talt løber baglæns.

Det er en meget alvorlig situation, fortæller Vesa Kiviniemi: ”For det stresser det glymfatiske system hårdt. Og det kan bl.a. også betyde, at affaldsstoffer, som hjernen skal af med, i stedet skylles tilbage i hjernen. Heriblandt skadelige betaamyloid-proteiner, der dannes i forbindelse med alzheimers”.

 

Flere forsøg

Selv om den nye analysemetode både i museforsøg og i patientforsøg har vist sig i stand til at opdage alzheimers ved højhastighedsskanninger af det glymfatiske system, mangler der stadig dokumentation for, at metoden kan vise sygdommen årtier før den giver symptomer hos patienten.

At skaffe en sådan dokumentation er af indlysende årsager vanskeligt, siger Maiken Nedergaard: ”At vente 10-20 år på at se, om en person, der midt i 40erne har vist tegn på alzheimers i en MREG-BOLD analyse, så også udvikler sygdommen i pensionistårene, er ikke optimalt. Og det er der heller ikke tid til med det stigende antal alzheimers-patienter. Derfor må vi gå en anden vej”.

Planen er at søge støtte til at gennemføre en meget omfattende MREG-BOLD analyse af et stort antal midaldrende, som har en særlig arvelig variant af alzheimers i familien. Denne genetiske variant findes hos cirka tre procent af alle alzheimers-patienter, og har man den, vil man med sikkerhed før eller siden udvikle sygdommen.

”Kan man hos midaldrende, der har denne genetiske variant, konstatere, at deres glymfatiske system allerede midt i 40erne er forstyrret, vil det være muligt at igangsætte forskellige forsøg på at styrke deres væsketransport i hjernen. Altså styrke disse menneskers kapacitet, når det drejer sig om at sende forskellige uønskede stoffer ud af hjernen, fx amyloid - og på den måde nedsætte risikoen for at udvikle demens”, fortæller Maiken Nedergaard.

Tanken er bl.a. at give deltagerne forskellige antistoffer, der er udviklet til at fjerne skadelige proteiner. Og hvis det har en positiv effekt, vil den vise sig, når der senere foretages nye skanninger af effektiviteten af væsketransporten i patienternes hjerner.