Biologisk psykiatri 2
Cellmodeller
I det befruktade ägget finns pluripotenta stamceller som har kapacitet att differentiera till samtliga celltyper i den vuxna organismen. Därmed kan de bli alltifrån nervceller till hjärtmuskelceller eller leverceller. Alla celler i organismen har samma uppsättning gener, det vill säga arvsmassa som kodar för proteiner. Det som skiljer celler åt över tid och rum är vilka gener som är av- eller påslagna. För detta finns ett omfattande reglerande maskineri. Förenklat kan man se det som att:
En given signal (skulle kunna vara ett hormon eller annan molekyl, kallas ligand) binder in till en cell via en receptor. Detta är ett protein med specifik möjlighet att binda in till en signalmolekyl (bild nedan på cellmembran).
Signalen översätts till en intracellulär signal (ofta som en kaskad av modifieringar som fosforyleringar).
En transkriptionsfaktor eller liknande aktiveras och tar sig in i cellkärnan där den binder in till DNA och ökar eller minskar uttrycket av gener.
Embryonalutveckling
Forskare har studerat embryonaluteckling i mer än 100 år och med allt mer sofistikerade metoder har vi en relativt djup förståelse av hur olika delar utvecklas. Hos människa och andra djur är den första och viktigaste processen så kallad gastrulering, där det befruktade ägget omvandlas till ett embryo med tre lager. Dessa kallas ibland för groddblad. De tre lagren ger så småningom upphov till kroppens alla organ och celltyper (mesodermet är framtida ben, brosk och muskler medan endodermet ger upphov till bland annat lungorna och gastrointestinalkanalen). Det översta lagret, ektodermet, genomgår senare neuralisering. En neuralplatta bildas, som sedan böjs till ett neuralrör. Detta rör är ursprunget till hela det centrala nervsystemet. Neuralröret blåses upp i olika bubblor och bildar framtida bak-, mellan- och framhjärnan (se bild nedan). Framhjärnan är ursprunget till det utvecklade djurets hjärnbark (cerebrala cortex). I olika delar av embryot bildas och utsöndras signalmolekyler (morfogener) som diffunderar ut i vävnaden och binder in till sina respektive receptorer. Dessa påverkar hur cellerna utvecklas och är delvis identifierade.
I det uppblåsta neuralrörets hålrum finns de framtida ventriklarna och det cellager (ventrikulärzon) som tapetserar detta utgörs av neurala stamceller. Dessa både förökar sig och kan differentiera mot mer specialiserade nerv- och gliaceller. Då en stamcell delar sig blir den ena avkomman differentierad och migrerar utåt från ventrikulärzonen mot kortikalplattan (CP nedan) och lägger sig i någon av de sex lagren som utgör hjärnbarken. Detta sker bakvänt, så varje nytt lager får migrera förbi de tidigare. Härvid bildas de excitatoriska glutamaterga (använder glutamat som transmittorsubstans) nervcellerna och slutligen gliaceller. De inhibitoriska GABAerga (använder GABA som transmittorsubstans) nervcellerna föds på en annan plats (GE nedan) och migrerar vinkelrätt in i den omogna hjärnbarken för att bilda nätverk med de excitatoriska nervcellerna.
Den mänskliga hjärnan fortsätter naturligtvis att utvecklas även efter födseln och man brukar säga att den inte är helt färdigutvecklad förrän i 25-årsåldern. På vägen sker ytterligare förändringar med bland annat utgallring av synapser som inte behövs och isolering av nervceller med glia.
Bara genom denna korta sammanfattning av hjärnans utveckling förstår man att det finns närmast oändliga sätt som det kan gå fel på. Generellt sett kan man säga att störningar i den tidiga utvecklingen ger mer allvarliga besvär och symptom som syns redan i unga år. Det kan röra sig om intellektuell funktionsnedsättning, epilepsi eller cerebral pares. Mer subtila störningar tros ligga bakom de psykiska sjukdomar där man inte kan se några förändringar i hjärnan på makroanatomisk nivå. Samtidigt går det oftast inte fel, vilket visar på en robusthet, där mindre variationer tas om hand och inte leder till felaktig utveckling.
Att härma embryonalutveckling
Den kunskap vi har om den normala embryonalutvecklingen har gett upphov till metoder för att i laboratoriet utveckla stamceller till nervceller genom att tillsätta näringslösningarna med signalmolekyler som man identifierat i embryon. Stamceller får man antingen från embryon (aborterade foster) eller genom att reprogrammera mogna celler (dra dem tillbaka i utveklingen). Embryonala stamceller är även de pluripotenta men både mer komplicerade rent praktiskt att ta fram och etiskt mer ifrågasatt. Därför är de så kallade inducerade pluripotenta stamcellerna av stort värde. Mer om detta i nästa avsnitt!