En ny hjernehinde hos mennesket er dukket op
Danske og amerikanske forskere har fundet en hidtil ukendt hjerne-struktur hos mennesket. Det er en supertynd hinde, som består af blot ét lag celler – og den er en del af hjernens immunforsvar.
Kjeld Møllgård – professor i neuroanatomi på Panum Instituttet ved Københavns Universitet (KU) – har i mere end 50 år undervist i tusindvis af danske medicinstuderende i hjernens opbygning.
”Vi har tre hjernehinder – dura, arachnoidea og pia”, har Møllgård fortalt det ene hold medicinstuderende efter det andet. Lige til det for et par år siden gik op for ham, at sådan er det slet ikke – og det var en oplevelse, han aldrig vil glemme:
Møllgård, der fyldte 80 i efteråret, sad denne dag på sit kontor på Panum Instituttet og studerede avancerede mikroskopfotografier af skiveskårne pattedyrhjerner.
Hjernerne stammede fra genetisk manipulerede mus, der alle efter aflivning havde fået fjernet hele hovedet, som herefter fra øre til øre blev skåret i ultratynde skiver. Det kan lyde omstændeligt, men meningen med at gøre det på den måde - fremfor bare at tage selve hjernen ud og skive den - var at bevare alle hjernestrukturer. Og det skulle vise sig at være en klog strategi.
Egentlig var det lymfekar i hjernen, Kjeld Møllgård sad og kiggede efter – det gjorde han ved at se, hvor i prøven særlige farvestoffer bandt sig – da det pludselig op for ham, at mikroskopfotoet også afslørede en meget delikat og hidtil ukendt membran:
Yderligere undersøgelser viste, at det var hjernehinde nummer fire – og analyser af humant hjernevæv kunne senere bekræfte, at denne hinde, som nu har fået det officielle navn SLYM, også findes i menneskehjernen.
Det kan man læse i en forskningsartikel, som netop er udkommet i Science, et af verdens vigtigste videnskabelige tidsskrifter.
Kjeld Møllgård betegner opdagelsen af SLYM som sin lange forskerkarrieres ”vigtigste resultat”, og tilføjer, at han finder det ”ret sjovt, at det sker for mig i denne alder”.
Hjerneopvask
De genetisk manipulerede mus, Kjeld Møllgård undersøgte, havde han fået af en anden hjerneforsker – professor Maiken Nedergaard fra Center for Translationel Neuromedicin ved KU og det amerikanske University of Rochester.
Maiken Nedergaard har i en årrække, med støtte fra bl.a. Lundbeckfonden, forsket i det glymfatiske system – også kendt under populærnavnet hjernens opvaskemaskine. Det er et biologisk system, en avanceret rørføring, der hos mennesket og andre pattedyr sørger for, at hjernen løbende kommer af med skadelige affaldsstoffer, fx nedbrudte proteiner.
Denne opvask sker fortrinsvis i søvnfasen, hvor hjernen åbner sine interne døre, porte og forbindelsesveje, så den kan gennemskylles af hjernehindevæske (cerebrospinalvæske, CSF). Mennesket producerer omkring 500 ml CSF i døgnet, og når væsken via vener, nerver og lymfekar løber ud af hjernen, skylles hjernens affaldsstoffer med ud. I princippet som når spildevandet fra en husholdning løber i kloakken.
Maiken Nedergaard var leder af det internationale forskerhold, som i 2013 offentliggjorde eksistensen af det glymfatiske system - og lige siden har hun forsket i, hvordan dette system fungerer. Herunder hvordan hjernens rørføring mere detaljeret ser ud? Og hvordan systemet sikrer, at der løber ren hjernehindevæske ind, og at den snavsede hjernehindevæske senere ledes bort – uden at der sker sammenblanding?
Hun var leder af det internationale forskerhold, som i 2013 viste eksistensen af det glymfatiske system - 'hjernens opvaskemaskine' - som sørger for at holde hjernen fri for skadelige affaldsstoffer. SLYM - den nyopdagede hjernehinde - ser også ud til at være afgørende involveret i denne proces.
For at gennemføre en sådan detaljeret kortlægning, er det bl.a. af stor betydning at kende hjerne-lymfekarrenes anatomi, fortæller Maiken Nedergaard:
”Og det er ikke helt nemt. Vi har i tidligere museforsøg kunnet se, at der i en pattedyrhjerne er lymfekar, som forbinder hjernen direkte med kraniet. Men tager man en musehjerne ud af kraniet, før man studerer den, vil man komme til at rive disse kar over. Og det var grunden til, at jeg spurgte professor Kjeld Møllgård, som er en kapacitet inden for neuroanatomi – ikke mindst, når det gælder hjernehinder og hjernebarrierer - om han kunne hjælpe mig med at analysere nogle musehjerner ved at skære hele hoveder fra genmanipulerede mus i meget tynde skiver. Med hud, hår, tænder, knogler og hjerne - det hele, simpelthen.
Det ville han gerne, og at han så ud over at identificere lymfekar i prøverne også fandt en hidtil ukendt fjerde hjernehinde, SLYM, er fantastisk. Både fordi opdagelsen betyder, at de neuroanatomiske lærebøger nu må grundlæggende revideres på dette punkt – og den type revisioner er bestemt ikke noget, man ser hver dag – men det er også fantastisk, fordi studier af den hidtil ukendte hjernehinde bl.a. kan bruges til at udvikle en ny forståelse af Alzheimers og andre neurologiske sygdomme”, siger Maiken Nedergaard.
Opdagelse skulle dokumenteres
De fire hjernehinder – pia, SLYM, arachnoidea og dura - danner i fællesskab et beskyttende barrieresystem, som omslutter menneskehjernen. Desuden sørger barrieresystemet bl.a. for, at hjernen konstant er badet i hjernehindevæske (CSF).
Da Kjeld Møllgård opdagede SLYM, den fjerde hjernehinde, kunne han se, at den lå i hulrummet mellem pia og arachnoidea. Men selv om den struktur, han så på mikroskopfotoet, umiskendeligt syntes at være en hjernehinde, krævede det mange komplicerede udredninger at fastslå det med videnskabelig sikkerhed. Desuden var det vigtigt at udforske, hvilke funktioner SLYM har – og det har alt sammen taget tid.
Disse udredninger er gennemført i tæt samarbejde mellem Kjeld Møllgård og Maiken Nedergaard og en række forskere på Københavns Universitet og University of Rochester, som også står bag den videnskabelige artikel i Science.
Ud over at dokumentere eksistensen af den fjerde hjernehinde, peger Science-artiklen på forskellige egenskaber, der karakteriserer den. Herunder den rolle, SLYM spiller i forbindelse med hjernens immunsystem. Og de danske og amerikanske forskere har bl.a. fundet ud af, at der sidder særlige immunceller i SLYM som overvåger, om der er noget galt i hjernen.
En del af denne overvågning gennemfører immuncellerne ved løbende at skanne hjernehindevæsken for tegn på infektion eller celle-skader, og hvis de konstaterer problemer, aktiverer de immunforsvaret. Det kunne forskerne i Maiken Nedergaards laboratorium måle, da de i celleforsøg provokerede SLYM ved at påføre den infektioner og mekaniske skader. Disse forsøg viste også, at den fjerde hjernehinde svækkes og kan få lækager, når dens celler ældes.
En anden egenskab, der karakteriserer SLYM, handler om dens rolle i forbindelse med cirkulation af hjernehindevæske (CSF). Her kunne forskere fra Maiken Nedergaards laboratorium i forsøg vise, at SLYM er i stand til at dirigere væskebevægelser – og at SLYM desuden ser ud til at være afgørende involveret i at holde ren hjernehindevæske adskilt fra beskidt hjernehindevæske.
Disse to egenskaber skal nu udforskes nærmere med henblik på at skaffe ny viden om Alzheimers og andre neurodegenerative sygdomme. Og det er der i høj grad logik i at undersøge, fordi en velfungerende cirkulation af CSF – og en effektiv bortskaffelse af nedbrudte proteiner og andre affaldsstoffer – er af stor betydning for at holde hjernen sund, siger Maiken Nedergaard:
”I forbindelse med fx Alzheimers sker der en ophobning af nedbrudte proteiner, som ellers burde være skyllet ud af hjernen. Kan vi mere detaljeret finde ud af, hvordan SLYM – den fjerde hjernehinde – arbejder, kan det øge vores forståelse af neurodegenerative sygdomme. Og dermed også øge vores muligheder for at udvikle nye former for behandling af disse sygdomme”.
Den fjerde hjernehinde, som professor Kjeld Møllgård opdagede, har fået det officielle navn SLYM. Det er en forkortelse af: Subarachnoidal LYmphatic-like Membrane.
Illustrationen viser de fire pattedyr-hjernehinder, som både mus og mennesker har: Dura, arachnoidea, SLYM og pia.
SLYM – den nyopdagede fjerde hjernehinde – er her markeret med grønt.
Illustrationen viser, hvad der sker, hvis man tager en hjerne ud af kraniet, inden man undersøger den:
Gør man det, vil man nemlig uundgåeligt komme til at rive SLYM og andre hjernehindestrukturer over – som det ses på den øverste højre tegning. Og så vil man ikke kunne finde disse strukturer i intakt form, og derfor heller ikke kunne studere dem.
SLYM blev kun opdaget, fordi professor Kjeld Møllgård studerede hjerner fra mus, der alle efter aflivning havde fået fjernet hele hovedet – som derefter blev skåret i ultratynde skiver fra øre til øre. Med hud, hår, tænder, knogler og det hele.
I disse skiver dukkede SLYM op!