Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart.

Transkript

1 Kære bruger Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart. Af hensyn til copyright indeholder den ingen fotos. Mvh Redaktionen

2 Niels Aage Skovbo/Scanpix Den ene af de syv genetisk ens minigrise, der forventes at udvikle den dødelige form for demens, Alzheimers sygdom. Sygdommen rammer et stigende antal mennesker verden over. 32 Af Rolf Haugaard Nielsen

3 Gennembrud Klonede svin til kamp mod alzheimer Grisen er næst efter aben det dyr, der ligner mennesket mest. Derfor kan transgene svin med humane sygdomme give helt nye muligheder for at teste lægemidler, inden de afprøves på mennesker. Som de første i verden er det lykkedes et hold danske forskere at udvikle syv genetisk ens grise, der har fået indsat et humant gen for en arvelig variant af Alzheimers sygdom. Den ungarske kloningsekspert Gábor Vajta står bag kloningsteknologien, der gjorde det muligt at fremstille syv ens grise med det humane gen for alzheimer. Lars Holm/Scanpix 33

4 S elv om et nyt lægemiddel virker perfekt på mus og rotter, er det langt fra nogen garanti for, at medicinen er lige så effektiv og fri for bivirkninger, når den skal stå sin prøve på patienter, da mus og mennesker simpelt hen er for forskellige. En højere grad af sikkerhed kan opnås ved at bruge aber inden de første forsøg med mennesker, men det skaber et etisk dilemma, netop fordi aberne er så nært beslægtede med mennesker. Svin er et glimrende alternativ. For bortset fra primaterne findes der intet dyr, der ligner mennesket mere end grisen, hvad angår dens størrelse, hjerne, hjerte, mave-tarm-system, nyrer, urinveje og hud. Samtidig er grisen et intelligent og nysgerrigt dyr, som er særdeles velegnet til adfærdsstudier. Minigrise med en kropsvægt på kilo kan uden problemer undersøges i avancerede skannere på hospitalerne, og lægerne kan bruge de samme kirurgiske metoder, som anvendes på mennesker, og teste implantater som kunstige hjerteklapper i normal størrelse, hvilket er umuligt i mus. Som mennesket er grisen altædende, så dens stofskifte ligner menneskets, og tilmed er grisen et af de få dyr, der frivilligt udvikler fedme og får de samme følgesygdomme som mennesker. Desuden har grisen i modsætning til aber en god reproduktionsevne, hurtig opvækst, de er lette at håndtere og ufarlige at omgås. Gennem de seneste årtier er der etableret sygdomsmodeller i svin for knogleskørhed, hjertesygdomme, sukkersyge, nyresygdomme og sygdomme i urinvejene. Men nu har en tværfaglig dansk forskergruppe fra universiteterne i Århus og København nået et gennembrud. Den har udviklet transgene grise med den humane sygdom alzheimer. Den første gris er allerede aflivet En unik kloningsmetode førte i sommeren 2007 til fødslen af syv genetisk ens grise, der forventes at udvikle den døde- Unik kloningsmetode skaber gennembrud Der er tidligere fremstillet svin med humane gener med henblik på at udvikle organer til transplantation, men alzheimer-grisene er de første klonede grise, som skal bruges til at udforske en sygdom og udvikle nye lægemidler. Fordelen ved kloningen er, at grisene er genetisk ens. Derfor kan man aflive dem med et halvt års mellemrum, undersøge deres hjerner i laboratoriet og kortlægge sygdommens fremadskriden. Kloningen blev udført på Forskningscenter Foulum ved Aarhus Universitet under ledelse af kloningseksperten Gábor Vajta. Det var en enorm udfordring, fordi den sædvanlige kloningsmetode ikke virker i svineæg, som er meget følsomme over for manipulation. Normalt tømmer man et ubefrugtet æg og indfører cellekernen med de komplette arveanlæg fra en celle udtaget fra et voksent dyr. Det kræver, at der skæres hul på hinden (zona pellucida), som omspænder ægget og svarer til skallen på et hønseæg. Det er teknisk krævende og gøres med mikromanipulatorer. Under et ophold i Australien havde Gábor Vajta klonet kvæg med en anden blastocyster opsættes i en so. 9 I de hidtidige forsøg er halvdelen af søerne blevet drægtige, og halvdelen af de drægtige søer har fået et kuld grise. RASMUS BAANER/Polfoto En hudcelle 1 udtages fra en voksen gris, og det humane sygdomsgen indføres i cellen. Ubefrugtede æg 2 udtages fra ovarierne i en aflivet so. De ubefrugtede 3 svineæg får nedbrudt zona pellucida æggeskallen med enzymer. Peter M. Kragh/ aarhus universitet Gennembrud for ny sygdomsmodel Den unikke kloningsmetode, som er udviklet af professor Gábor Vajta, er et gennembrud for forskningen i menneskets sygdomme. Teknikken har gjort det muligt at lave syv genetisk ens grise, der har menneskets gen for den arvelige variant af Alzheimers sygdom. Æg uden skal Zona pellucida 34 Ægget dyrkes i en petriskål, indtil 8 det har delt sig i 50 celler og er et tidligt foster, en såkaldt blastocyst. Peter M. Kragh/aarhus universitet Ægget indeholder nu 7 en komplet arvemasse fra kropscellen ligesom et befrugtet æg. Celledelingen bliver sat i gang med kemiske og elektriske stimuli. rasmus baaner/polfoto Det halve æg 6 fusioneres med en tom halvdel fra et andet æg.

5 lige form for demens, Alzheimers sygdom, som rammer et stigende antal ældre mennesker. Sygdommen ødelægger hukommelsen og nedbryder personligheden, hvilket gør de sidste år forfærdelige for både patienter og pårørende. Selv om der forskes intensivt i sygdomsmekanismen på globalt plan, er processen langt fra fuldt forstået, og der findes ingen effektiv medicinsk behandling. De syv grise har alle fået indsat et humant gen for en arvelig variant af Alzheimers sygdom, og forskerne har nu aflivet en af grisene og konstateret, at genet er aktivt i hjernen. Da grisens hjerne ligner vores, er der et velbegrundet håb om, at sygdommen udvikler sig på samme måde som hos mennesker, i takt med at grisene bliver ældre. Undersøgelser på grisene vil markant forbedre mulighederne for at opklare sygdomsmekanismen, og samtidig vil lægerne kunne teste nye lægemidler, før de afprøves på patienter. Alzheimer-grisene er kun begyndelsen. Allerede nu arbejder forskerne med at fremstille transgene svinemodeller for åreforkalkning og hudsygdommen psoriasis. På længere sigt vil transgene grise i kraft af deres lange levetid på omkring 15 år åbne helt nye muligheder for at forstå og behandle kroniske sygdomme, hvor organernes funktion gradvist bliver ringere. Nogle eksempler er hjertekarsygdomme, hjernesygdomme som Parkinsons syge og ikke mindst kræft. Musemodel har en stor svaghed I Alzheimers sygdom dør nervecellerne i hjernen gradvist, og de centrale trin i processen er kendte. Forløbet begynder med, at et enzymkompleks spalter et protein, APP, i nervecellernes membraner forkert, så der dannes et unedbrydeligt fragment, beta-amyloid, som ophobes i klumper mellem cellerne. Næste trin i kaskaden sker i cellerne, hvor der dannes fibriller af proteinet tau, som får celleskelettet til at kollapse og slår nerve- metode, hvor man fjerner zona pellucida med enzymer, der gør det muligt at tømme ægget uden mikromanipulatorer. Til gengæld er det sværere at indføre cellekernen fra en moden celle og bagefter aktivere æggets udvikling i laboratoriet inden opsætning i en rugemor. For at overføre metoden fra kvæg til svin blev hvert trin tilpasset med systematisk forskning. Det ubefrugtede æg skæres i to 4 halvdele med en kniv, og den halvdel, der indeholder arvemassen, kasseres. Arvemassen sidder tæt på pollegemet. Peter M. Kragh/aarhus universitet Pollegeme Spor fra kniv Æg uden arvemasse Det halve æg smeltes sammen 5 med cellen, der blev taget ud af soen, ved hjælp af et elektrisk stød. Svineæggene, der bruges til kloningen, suges fra folliklerne over i et reagensglas. Ovarierne med follikler leveres fra et slagteri. RASMUS BAANER/Polfoto 35

6 Henning Bagger/Scanpix Grisene blev født ved kejsersnit Det kræver stor ekspertise at indsætte transgene, klonede embryoner i en so og opnå drægtighed og en vellykket fødsel. Men det klarede dyrlæger fra Biomedicinsk Fakultet ved Københavns Universitet. Den første udfordring er at indføre de klonede embryoner i soens livmoder på præcis det rigtige tidspunkt. Normalt indføres fem dage gamle befrugtede æg i soen, fem dage efter at den er gået i brunst. Da de klonede embryoner er mere skrøbelige end almindelige æg, blev forløbet rykket en dag, så seks dage gamle embryoner blev indsat på femtedagen i soens brunst. Det giver embryonerne tid til at komme på omgangshøjde. Som en ekstra sikkerhed indsatte dyrlægerne klonede embryoner, mens de ellers kun bruger embryoner ved en almindelig embryotransplantation. Under drægtigheden blev udviklingen fulgt med ultralydsskanninger hver anden uge, og fødslen blev sat i gang ved hjælp af hormonpræparater på dag 114. Det skete også lidt tidligere end normalt, fordi en stor landraceso farer efter dage. Selve fødslen skete ved kejsersnit og gav et kuld på syv alzheimer-grise. Efter fødslen var de klonede, transgene grise en smule svagelige, og i det første døgn blev de sondefodret hver anden time med råmælk fra moderen. Derpå blev de ammet af soen og kom hurtigt i god form. Fødslen af de syv små alzheimer-grise skete ved kejsersnit. Det første døgn var de lidt svage, men de kom hurtigt til kræfter igen. Efter fødslen bliver grisene øremærket, så det er muligt at kende forskel på dem. De syv nyfødte og helt ens grise med menneskets gen for Alzheimers sygdom ligger under en varmelampe og kommer til hægterne oven på fødslen.

7 cellerne ihjel. De to processer starter i hjernedelen hippocampus, som spiller en central rolle for indlæring og hukommelse, og breder sig senere til resten af hjernen. Mekanismen er den samme i den sjældne, arvelige udgave af sygdommen, som rammer unge, og i den almindelige form, som bryder ud sent i livet. Selv om sygdomsforløbet er kortlagt i hovedtræk via hjerneskanninger og undersøgelser af hjerner fra afdøde patienter, ved forskerne stadig ikke, hvordan klumperne af beta-amyloid mellem cellerne udløser dannelsen af de interne fibriller, der dræber nervecellerne. Hidtil har forskningen været vanskeliggjort af, at man har manglet en god dyremodel for sygdommen. Den eneste eksisterende dyremodel er en transgen alzheimermus, som gjorde sin debut for 16 år siden. Men musemodellen har en stor svaghed, da det aldrig lykkedes at udvikle mus, hvor det andet og fatale trin i sygdomsprocessen hos mennesker efterlignes. Det håber forskerne sker i alzheimergrisene, når de er et til to år gamle. Illustreret Videnskab nr. 11/2008 Grisenes adfærd bliver testet Forskergruppen, som ledes af dr. med. Arne Lund Jørgensen fra Aarhus Universitet, har god grund til optimisme. Tidligere undersøgelser på gamle svin har vist, at beta-amyloid ophobes i nervecellerne, selv om egentlige klumper af betaamyloid mellem nervecellerne ikke er fundet. Med andre ord har grisens nerveceller det biokemiske maskineri, der skal til for at starte sygdomskaskaden. Det indsatte humane gen i alzheimer-grisene producerer en muteret variant af APPproteinet, som fører til dannelse af store mængder beta-amyloid. Den første af de syv alzheimer-grise blev aflivet, da den var tre måneder gammel, og en efterfølgende undersøgelse viste, at genet var aktivt i grisens hjerne og kodede for produktion af det muterede protein. Nu venter forskerne på at konstatere, om sygdomsprocessen fortsætter som hos mennesker med dannelse af fibriller internt i nervecellerne og klumper af betaamyloid mellem nervecellerne. Det er der gode chancer for, fordi grisens hjerne ligner menneskets hjerne meget mere end musens hjerne. Grisehjernen er relativt stor, og hjernebarken er foldet som hos mennesker. Planen er at skanne grisenes hjerner på Aarhus Universitetshospital med PET-og CT-skanning, som også bruges til at diagnosticere Alzheimers sygdom hos mennesker. Desuden aflives en af grisene hvert halve år, så forskerne kan undersøge deres hjerner og kortlægge, hvordan sygdomsprocessen skrider frem. I laboratoriet kan de to sygdomsproteiner beta-amyloid og tau allerede påvises i sygdommens tidlige stadier ved hjælp af antistoffer, som binder sig specifikt til proteinerne. Et farvestof er koblet til antistofferne og gør det muligt at påvise sygdomsproteinernes tilstedeværelse i et mikroskop. I sygdommens senere stadier kan forskerne følge den fremadskridende nervedød i hjernen. Et andet centralt aspekt bliver adfærdsstudier, hvor alzheimer-grisene sammenlignes med raske grise. Her tester man for evner, som svækkes gradvist hos patienter med Alzheimers sygdom. Et meget tidligt symptom er en forringet lugtesans. I lugtetesten belønnes grisene med en godbid, når de genkender en lugt. Hos mennesker sker der også en forringelse af den rumlige orienteringsevne, og det testes hos grisene ved at sende dem ind i en sti med fire rum, hvor raske grise hurtigt lærer at gå direkte hen til det rigtige rum med belønningen. Endelig tes-tes grisene for Alzheimer-patienters værste problem svigtende hukommelse. Her lukkes grisene ind i et rum med to stykker legetøj, som de nysgerrigt undersøger. Dagen efter udskiftes det ene stykke legetøj, og her bruger en rask gris altid længere tid på at undersøge det nye objekt end det kendte. Hvis alzheimergrisenes hukommelse svigter på samme I 2001 blev en kortlægning af grisens arvemasse sat i gang, og i 2009 ventes det internationale Swine Genome Sequencing Consortium at offentliggøre et samlet kort over grisens genom af samme høje kvalitet som kortet over det humane genom. At råde over begge genomer åbner nye muligheder for at udvikle transgene svin med en lang række måde som hos mennesker, vil de ikke kunne huske gårsdagens legetøj og derfor bruge lige lang tid på begge objekter. Flere sygdomsmodeller på vej Forskergruppen er nu så småt ved at være klar med transgene grisemodeller for flere sygdomme. Det næste mål er at fremstille grise med åreforkalkning, som er kronisk invaliderende og den folkesygdom, der fører til flest dødsfald på verdensplan for eksempel som følge af blodpropper i hjertet og slagtilfælde. Forskere har i årevis arbejdet på at udvikle en god grisemodel for åreforkalkning, men her er det et problem, at svin ikke danner nok kolesterol, der udløser forkalkningsprocessen, selv om man kommer store mængder mættet fedt i deres foder. Problemet kan løses ved at indsætte humane gener i grisenes arvemasse ved hjælp af kloning. Lægerne i forskergruppen har store forventninger til transgene svin med åreforkalkning, som ikke blot kan bruges til at undersøge sygdomsprocessen og teste ny medicin, men også til at perfektionere kirurgiske indgreb og til at udvikle og afprøve nye diagnostiske og terapeutiske strategier. Netop afprøvning af ny medicin lige før de første forsøg på patienter vil blive det helt store anvendelsesområde for transgene svin med humane sygdomme. Forskergruppen forventer simpelt hen, at prækliniske test af nye lægemidler på transgene svine bliver et myndighedskrav verden over allerede om ti år. Find mere om emnet på Grisens genom åbner nye horisonter menneskelige sygdomme. Samtidig bliver det muligt at introducere specifikke ændringer i grisens egne gener, som svarer til sygdomsfremkaldende mutationer hos mennesker. I mange tilfælde vil det være en fordel at manipulere med grisens egne gener frem for at indsætte menneskelige gener i grisens arveanlæg, fordi man så er sikker på, at genet sidder det rigtige sted. 37