Forfattere
Amyotrofisk lateral sklerose (ALS) er en alvorlig sygdom i nervesystemet, hvor hjernen og rygmarven ikke kan kommunikere ordentligt med musklerne for at koordinere kroppens bevægelser. Derfor holder musklerne gradvist op med at fungere, og ting som at gå, spise, trække vejret og tale bliver mere og mere vanskeligt. Mange aspekter af ALS er stadig et mysterium, men vi ved, at celler kaldet neuroner løber tør for energi hos ALS-patienter, hvilket resulterer i tab af kommunikation med musklerne. Det sker på grund af defekter i mitokondrierne – de små strukturer i vores celler, som producerer energi. Forskere har arbejdet hårdt på at finde ud af, hvordan man holder mitokondrierne sunde, undgår at nervecellerne dør og i sidste ende genopretter kommunikationen mellem neuroner og muskler.
Hjernen og rygmarven styrer hver eneste lille ting, vi gør, såsom at tænke, bevæge os, føle og lære. De styrer endda ting, vi ikke er bevidste om, såsom hjerteslag, vejrtrækning og fordøjelse. Men de kan ikke gøre det hele alene! Hjernen og rygmarven er forbundet med hvert organ og hver muskel via celler, der kaldes neuroner. (figur 1A).
Menneskekroppen indeholder milliarder af neuroner, som arbejder hvert sekund af vores liv. Neuronerne kommunikerer med hinanden inde i hjernen, og de kommunikerer også med de forskellige dele af kroppen og kontrollerer alle kroppens funktioner. Når du for eksempel rører ved en varm overflade, kommunikerer varmesensorerne i din hud med neuroner, der sender en besked om smerte til din rygmarv, som straks returnerer en besked om at trække musklerne i din arm sammen, så du trækker dig væk (figur 1B). De neuroner, der er ansvarlige for muskelsammentrækningen, kaldes motorneuroner, og de kontrollerer alle kroppens bevægelser.
I neurodegenerative sygdomme nogle neuroner fungerer ikke ordentligt. Det er det, der sker ved amyotrofisk lateral sklerose (ALS), en sygdom, hvor de motoriske neuroner bliver syge og ikke længere kan kommunikere effektivt med musklerne. Derfor holder musklerne i hele kroppen gradvist op med at fungere. Da ALS udvikler sig hurtigt, udvikler ALS-patienter inden for få måneder vanskeligheder med at gå, spise, trække vejret og tale (figur 2). ALS er derfor en ødelæggende sygdom, og patienterne har brug for meget støtte, både fra andre mennesker og fra mekaniske hjælpemidler som kørestole. ALS diagnosticeres generelt hos personer i alderen 54-69 år, og den rammer 4-8 personer ud af 100.000 [1].
Ligesom alle celler i kroppen har neuronerne brug for energi for at fungere. Tænk på neuroner som din mobiltelefon – hvis din telefon løber tør for strøm, kan du ikke længere kommunikere med dine venner. Det er det, der sker med motorneuronerne hos ALS-patienter – de løber tør for energi og kan ikke længere kommunikere med deres respektive muskler (figur 2).
Den energi, som neuroner (og alle andre celler) har brug for, kommer fra celledele kaldet mitochondria der fungerer som cellernes batterier. Forskellige typer celler indeholder forskellige antal mitokondrier, afhængigt af hvor meget energi de har brug for – jo mere energi en celle har brug for, jo flere mitokondrier vil den have. Da neuroner konstant arbejder, har de mange mitokondrier. Vidste du, at hjernen bruger 20% af kroppens energi? Fordi neuronerne har brug for så meget energi til at udføre deres vigtige funktioner, kan små defekter i energiproduktionen føre til neurondød, hvilket kan forårsage udviklingen af neurodegenerative sygdomme. Ud over nedsat energiproduktion har undersøgelser af ALS-patienter vist, at mitokondrierne i deres motorneuroner også kan have andre problemer [2].
Oxidation er en naturlig proces, der sker, når noget er i kontakt med ilt, f.eks. når man skærer et æble over og lader det være i kontakt med luften i timevis (figur 3A). Noget lignende sker inde i vores celler, når cellulære komponenter er i kontakt med reactive oxygen species (ROS), ROS er molekyler, der stjæler elektroner fra andre molekyler. Under normale forhold er ROS vigtige for at kontrollere kritiske cellulære processer. Men når der produceres for store mængder ROS, og vores celler ikke kan håndtere dem, begynder ROS at beskadige vigtige cellulære komponenter, herunder mitokondrier. Dette kaldes oxidativ stress og det kan dræbe celler (figur 3B, C).
Når mitokondrierne ikke fungerer ordentligt, bliver neuronerne mere modtagelige over for skader fra oxidativt stress, og neuronerne kan ikke længere udføre deres funktioner. Høje niveauer af oxidativt stress i de motoriske neuroner hos ALS-patienter fører til mitokondrielle skader, som forhindrer neuronerne i at kommunikere med musklerne [2, 3].
Hjernen og neuronerne er ekstremt komplekse, og vi ved stadig ikke præcis, hvad der forårsager ALS, eller hvordan man behandler den. Vi ved, at 10% af ALS-patienterne arver sygdommen fra deres forældre (kaldet familiær ALS), mens der i de resterende 90% af tilfældene ikke er nogen klar oprindelse (kaldet sporadisk ALS) [4]. Både familiær og sporadisk ALS er forbundet med mutationer i mere end 50 gener [5]. Visse former for adfærd, herunder rygning, overvægt, mangel på fysisk aktivitet og udsættelse for pesticider eller tungmetaller, er blevet identificeret som risikofaktorer for ALS – men vi forstår stadig ikke den nøjagtige rolle, som disse faktorer spiller i sygdommens opståen [6].
ALS er stadig uhelbredelig, og de behandlinger, der findes, hjælper kun på symptomerne [7]. Men forskere har udforsket mulige behandlingsideer, herunder brugen af stoffer kaldet antioxidanter som kan sænke ROS-niveauet og reducere oxidativt stress i motorneuronerne. Disse antioxidanter kan holde mitokondrierne sunde, holde motorneuronerne i live og genoprette kommunikationen mellem motorneuroner og muskler. Forskere over hele verden forsøger at afdække mekanismerne bag ALS for bedre at forstå, hvordan sygdommen udvikler sig. Denne viden kan føre til identifikation af biomarkører, (indikatorer for sygdommen, der kan måles, f.eks. molekyler, der kan påvises ved blodprøver), som ville gøre det muligt for os at diagnosticere ALS tidligere. Forskning kan også hjælpe os med at udvikle potentielle lægemidler til behandling af sygdommen. Da hvert tilfælde af ALS har sine egne karakteristika, kan det være nødvendigt at tilpasse behandlingerne til hver enkelt person. Indtil vi har en vellykket behandling af ALS, vil vi fortsætte med at arbejde hårdt for at finde måder at hjælpe ALS-patienter og deres familier på.
Neuroner: Celler i nervesystemet, der kommunikerer med hinanden og forbinder hjernen og rygmarven med alle organer i kroppen. Motoriske neuroner kontrollerer bevægelse.
Neurodegenerative sygdomme: Sygdomme forårsaget af tab af struktur eller funktion af neuroner, der påvirker mange af din krops aktiviteter – f.eks. balance, bevægelse, tale, vejrtrækning og hjertefunktion.
Mitokondrier: Cellulære komponenter, der er ansvarlige for energiproduktion.
Oxidation: Et grundstofs reaktion med ilt.
Reaktive iltrester (ROS): Meget reaktive molekyler produceret af celler, der stjæler elektroner fra andre molekyler og beskadiger dem.
Oxidativ stress: Ubalance mellem ROS og antioxidanter i kroppen, hvilket kan føre til celleskader.
Antioxidanter: Molekyler, der mindsker oxidativt stress ved at donere elektroner til andre molekyler.
Biomarkør: Biologisk indikator for en biologisk tilstand.
[1] Longinetti, E., og Fang, F. 2019. Epidemiologi af amyotrofisk lateral sklerose: en opdatering af den seneste litteratur. Curr. Opin. Neurol. 32:771-6. doi: 10.1097/WCO.0000000000000730
[2] Cunha-Oliveira, T., Montezinho, L., Mendes, C., Firuzi, O., Saso, L., Oliveira, P. J., et al. 2020. Oxidativt stress ved amyotrofisk lateral sklerose: patofysiologi og muligheder for farmakologisk intervention. Oxid. Med. Cell Longev. 15:5021694. doi: 10.1155/2020/5021694
[3] Carrera-Juliá, S., Moreno, M. L., Barrios, C., de la Rubia Orti, J. E., and Drehmer E. 2002. Antioxidante alternativer i behandlingen af amyotrofisk lateral sklerose: en omfattende gennemgang. Front. Physiol. 11:63. doi: 10.3389/fphys.2020.00063
[4] Smith, E. F., Shaw, P. J., og De Vos, K. J. 2019. Mitokondriernes rolle i amyotrofisk lateral sklerose. Neurosci. Lett. 710:132933. doi: 10.1016/j.neulet.2017.06.052
[5] Boylan, K. 2015. Familiær ALS. Neurol. Clin. 33:807-30. doi: 10.1016/j.ncl.2015.07.001
[6] Nowicka, N., Juranek, J., Juranek, J. K. og Wojtkiewicz J. 2019. Risikofaktorer og nye behandlingsformer ved amyotrofisk lateral sklerose. Int. J. Mol. Sci. 20:2616. doi: 10.3390/ijms20112616
[7] Ramalho-Santos, J., Quatorze, M., og Amaral, S. V. 2020. Rejsen rundt om A.L.S. Center for Neuroscience and Cell Biology. Tilgængelig online på: https://cnc.uc.pt/en/resources (tilgået 28. april 2023).
Kan legetøjshjerter fungere lige så godt som et rigtigt hjerte? For at finde ud af det købte vi seks legetøjshjerter, lige fra et uhyggeligt Halloween-hjerte, der slog, til et farverigt plys-hjerte. Vores gæt var, at legetøjshjerter ikke ville fungere lige så godt som et rigtigt menneskehjerte! Vi testede legetøjet i vores laboratorium ved hjælp af nøjagtig de samme værktøjer og metoder, som vi bruger til at teste rigtige hjerter og mekaniske blodpumper. Vi kiggede på flow, tryk, volumen og hvor godt legetøjshjertet pumpede vand. Vi bad også tre hjertekirurger om at bedømme hvert legetøjshjerte ud fra, hvor virkelige de så ud, og hvilke egenskaber de kunne lide. Som forventet var legetøjshjerterne ikke realistiske og kunne ikke pumpe lige så godt som et rigtigt hjerte. Denne artikel kombinerer menneskers sundhed og ingeniørarbejde i et sjovt og fjollet videnskabeligt spørgsmål. Vi håber, at læserne vil finde den lærerig og underholdende!
…
Har du nogensinde undret dig over, hvordan forskere ved, hvad der sker inde i kroppen under en skade? Skader opstår, når et tryk eller træk (kraft) på kroppen bliver for stort, f.eks. ved et pludseligt stød. Men forskere kan ikke se disse kræfter, så vi bruger computermodeller til at løse dette mysterium. Vi indtaster oplysninger i computermodellerne, såsom personens størrelse, alder og aktivitet før skaden, samt detaljer om skaden. Hvis vi kan finde ud af, hvor stor en kraft der forårsagede skaden, kan det hjælpe ingeniører med at designe udstyr, der beskytter kroppen. Vi bruger forskellige typer computermodeller til at forstå forskellige skader. Stive kropsmodeller hjælper os med at studere hele kroppens bevægelser, såsom fald eller bilulykker. Muskuloskeletale modeller simulerer aktiviteter som at gå eller løfte. Finite-element-modeller ser på en enkelt kropsdel, såsom et knæledbånd i en glidende tackling. Vi har brug for at vide meget om, hvordan hver kropsdel opfører sig, og omdanne disse adfærdsmønstre til matematik, som computeren kan løse.
…
Elektrofysiologi er studiet af kroppens elektricitet. Det er også en måde, hvorpå forskere studerer hjerneceller, der kaldes neuroner. In vivo-elektrofysiologi er en teknik, der giver os mulighed for at studere, hvad der sker blandt grupper af neuroner i levende organismer. Den del af udtrykket, der hedder “in vivo”, betyder “i livet”. Måling af elektrisk aktivitet fra levende organismer kan afsløre realtidskommunikation mellem neuroner, hvilket hjælper os med at forstå, hvordan hjernen producerer adfærd. Når vi studerer hjernen og lærer mere om, hvordan den fungerer, kan vi få et bedre indblik i hjernesygdomme og hjerne-relaterede handicap – og forhåbentlig finde nye måder at behandle dem på.
…
Hvad er bevidsthed, og hvordan kan vi vide, hvem – eller hvad – der har det? Bevidsthed er evnen til at have oplevelser, såsom at se, føle, tænke eller vide, at man eksisterer. Forskere mener, at det afhænger af hjernen, men de forstår stadig ikke fuldt ud, hvordan det fungerer. Det er svært at studere bevidsthed på , fordi det er personligt og ikke kan måles direkte. Forskere bruger værktøjer som hjerneafbildning, virtual reality og computermodeller samt filosofi til at undersøge, hvornår og hvordan bevidsthed opstår hos mennesker og dyr – og om maskiner nogensinde også kan få det. At forstå bevidsthed kan hjælpe læger med at behandle hjerneskader og psykiske sygdomme, forbedre den måde, vi passer på dyr, og forberede os på fremtidige teknologier. Det rejser også store spørgsmål om retfærdighed, fri vilje og livets og sindets natur. Efterhånden som videnskaben kommer tættere på at løse dette mysterium, kan svarene ændre den måde, vi ser os selv og vores plads i verden på.
…