Vendela Ekmark - Neurologi i Sverige

ALS-diagnos kan bli enklare och säkrare med blodprov

Det kan bli möjligt att ställa en mer träffsäker diagnos om sjukdomen ALS tidigare i sjukdomsförloppet än idag med hjälp av ett blodprov. Det visar en studie av forskare vid Umeå universitet i samarbete med forskare vid Göteborgs universitet. Det handlar om att mäta halten av ett speciellt ämne i blodet där det även visats att halten påverkas av vilken variant av ALS patienten har.

Arvin Behzadi, doktorand vid Institutionen för klinisk vetenskap, neurovetenskaper, Umeå universitet/ AT-läkare, Örnsköldsviks sjukhus. Foto: Hanna Arnqvist.

– Det är idag svårt att ställa en säker ALS-diagnos tidigt i sjukdomsförloppet med risk för förväxling med andra sjukdomar, trots lång utredningstid. Mycket skulle vara vunnet om vi kunde ställa en korrekt diagnos tidigare. Dessa resultat är mycket lovande, säger Arvin Behzadi, doktorand vid Umeå universitet och delad förste författare till studien.

Det ämne det handlar om heter neurofilament. Det är proteiner med en speciell roll i nervceller och nervtrådar. Vid skada på nervsystemet läcker neurofilament ut i ryggmärgsvätskan och blodet. I en studie har forskare vid Umeå universitet, Norrlands universitetssjukhus, Göteborgs universitet och Sahlgrenska Universitetssjukhuset i Göteborg visat på skillnader i nivåerna av neurofilament både i ryggmärgsvätska och i blod mellan patienter med ALS och patienter med andra sjukdomar som kan likna tidig ALS.

Det är i tidigare studier visat högre halter av neurofilament i ryggmärgsvätska vid ALS jämfört med flera andra neurologiska sjukdomar. Däremot har det varit svårt att mäta mängden neurofilament i blodet, eftersom halterna där är mycket lägre än i ryggmärgsvätskan. Nya och känsligare analysmetoder har dock på senare år öppnat nya möjligheter här.

Den nu aktuella studien visar ett starkt samband mellan mängden neurofilament i blodet och i ryggmärgsvätskan hos patienter med ALS. Studien är gjord på data från blod- och ryggmärgsvätskeprover från 287 personer som remitterats till Neurologiska kliniken vid Norrlands universitetssjukhus för utredning av misstänkt ALS. Hos 234 av dessa kunde man efter omfattande utredning ställa diagnosen ALS. Dessa hade signifikant högre halter av neurofilament i både ryggmärgsvätskan och blodet än de som inte fick diagnosen ALS.

Det gick även att se skillnader mellan olika typer av ALS. Patienter där sjukdomssymtomen debuterade i huvud- och halsregionen hade högre halter neurofilament i blodet och sämre överlevnad än patienter där sjukdomen debuterade i en arm eller ett ben. Studien har också kunnat kartlägga skillnader av mängden neurofilament i blodet samt överlevnad vid de två vanligaste typer av ärftlig ALS.

– Att hitta misstänkta fall av ALS genom ett enkelt blodprov öppnar helt nya möjligheter både för screening och för att enklare mäta behandlingseffekt hos patienter som deltar i läkemedelsprövningar. Det kan även göra det möjligt att sätta in bromsmediciner tidigare i sjukdomsförloppet innan musklerna förtvinat, säger Arvin Behzadi.

Amyotrofisk lateralskleros, ALS, är ett neurodegenerativt syndrom som medför förlust av nervceller i både hjärna och ryggmärg, vilket leder till muskelsvaghet och muskelförtvining. Majoriteten av patienterna avlider inom två till fyra år från symtomen debuterat, men ungefär en av tio överlever mer än tio år efter symtomdebut. Flera genetiska mutationer har associerats till ALS. Det finns för närvarande ingen botande behandling mot ALS. Däremot finns bromsmediciner som för vissa patienter kan sakta ned sjukdomsförloppet om de sätts in i tid.

Studien är publicerad i den vetenskapliga tidskriften Scientific reports.

Om den vetenskapliga publiceringen
Neurofilaments can differentiate ALS subgroups and ALS from common diagnostic mimics
Arvin Behzadi, Fani Pujol-Calderón, Anton E. Tjust, Anna Wuolikainen, Kina Höglund, Karin Forsberg, Erik Portelius, Kaj Blennow, Henrik Zetterberg, Peter Munch Andersen
DOI:10.1038/s41598-021-01499-6
https://www.nature.com/articles/s41598-021-01499-6

För mer information, kontakta gärna
Arvin Behzadi
Doktorand, Institutionen för klinisk vetenskap, neurovetenskaper, Umeå universitet/
AT-läkare, Örnsköldsviks sjukhus
Telefon: 072-375 9814
E-post: [email protected]

Om ALS forskning vid Umeå universitet
https://www.umu.se/forskning/grupper/als-forskning-umea/

Grundforskning till gagn för ALS-patienter

Genom att förstå varför vissa nervceller och musklerna de styr är motståndskraftiga mot att förtvina i den dödliga sjukdomen ALS går det att skapa nya möjligheter till behandlingar. Forskare vid Stockholms universitet försöker nu identifiera och överföra egenskaperna hos dessa motståndskraftiga nervceller.

Eva Hedlund

Eva Hedlunds grundforskning har som mål att hitta nya behandlingar för patienter med sjukdomar som ALS (amyotrofisk lateral skleros) och SMA (spinal muskelatrofi).

Eva Hedlund är sedan den 1 november 2021 professor i neurokemi vid Stockholms universitet. Hon leder ett forskarlag som ägnar sig åt grundforskning med en medicinsk nyttoaspekt, att hitta nya behandlingar för patienter med svåra neurodegenerativa sjukdomar som ALS (amyotrofisk lateral skleros) och SMA (spinal muskelatrofi). Gemensamt för dessa sjukdomar är att de motoriska nervcellerna (motorneuroner) och deras långa utskott (nervbanorna), som reglerar alla våra viljestyrda rörelser, förtvinar och därefter även musklerna. Till slut blir patienterna förlamade.

– Vi har ett fokus på ALS och utmaningen är att kartlägga denna mycket komplexa sjukdom på cellnivå för att förstå hur den kan uppkomma och utvecklas och därmed hur kan man skulle kunna ingripa i sjukdomsprocesserna för att hjälpa de patienter som drabbats, säger Eva Hedlund

Tre stora frågor studeras

Det är främst tre stora frågor som hennes grupp fokuserar på. Den första är hur olika ärftliga ALS-orsakande genmutationer leder till motorneuroners degeneration och om det finns likheter med sporadiskt uppkommen sjukdom. En annan fråga är varför vissa motorneuroner är så motståndskraftiga mot ALS när de flesta av deras likartade grannar förloras till sjukdomen. För det tredje studerar forskarna vad orsakerna är till att motorneuroner och muskler förlorar kontakten med varandra tidigt i den patologiska processen.

– Utifrån de här frågeställningarna designar vi experiment och hoppas att resultaten i framtiden ska guida oss mot nya behandlingar som är applicerbara på ALS, säger Eva Hedlund

Koppling förstörs och muskler förtvinar

Motorneuronerna som Eva Hedlund och hennes team studerar har sina cellkroppar i vårt centrala nervsystem (i hjärnstammen och ryggmärgen) men skickar ut sina långa utskott, axoner, i hela kroppen för att bilda synapser med musklerna och på så sätt kontrollera all vår skelettmuskulatur och därmed alla viljestyrda rörelser. Axonerna kan sträcka sig upp till en meter i kroppen för att nå ut till muskler i fingrar och tår. Om kopplingen, synapsen mellan motorneuronets axon och muskeln, försvinner kan muskeln inte användas. Vid ALS och SMA är det just detta som sker, att synapsen, mellan motorneuron och muskler förstörs, med följd att axonet vittrar sönder och muskeln förtvinar.

– ALS-patienter blir till slut helt förlamade, så att de varken kan röra sig, svälja eller ta ett djupt andetag. Dock är de motorneuroner som styr ögonmusklerna så motståndskraftiga mot sjukdomen att patienterna, även i slutskedet, kan röra ögonen. Därför används spårningsenheter som tolkar patienternas ögonrörelser så att de kan kommunicera med sin omgivning. Jag blev tidigt nyfiken på vad som gör vissa motorneuroner så motståndskraftiga och tänkte att om vi kan förstå detta kan vi hitta sätt att skydda även känsliga motorneuroner, säger Eva Hedlund

Analys av stora datamängder

mänskliga motorneuroner härledda från stamceller

Mänskliga motorneuroner härledda från stamceller. Foto: Christoph Schweingruber

Forskningen är både experimentellt intensiv med bland annat framodling av mänskliga motorneuroner härledda från stamceller men omfattar även analys av stora datamängder. På labbet studeras bland annat hur introduktion av ALS-orsakande mutationer, genom användande av gensaxen CRISPR/Cas9, påverkar alla budbärarmolekyler, mRNA, i olika motorneuroner och därmed deras funktion.

Eva Hedlunds forskning har framgångsrikt visat att det går att utnyttja de egenskaper som motståndskraftiga motorneuroner har för att stärka upp svagare motorneuroner som lätt degenererar. I flera studier har de introducerat faktorer från motståndskraftiga motorneuroner via genterapi och visat att odlade mänskliga motorneuroner från ALS- och SMA-patienter får ökad motståndskraft och att musmodeller med ALS eller SMA överlever sjukdomarna mycket längre

Internationella forskningspris

Den insikten har lett till att Eva Hedlund och hennes kolleger tilldelats det norska priset The Olav Thon Foundation’s International Research Award. Prissumman på 10 miljoner norska kronor går till ett forskningsprojekt med syfte att närmare förstå och applicera aspekter relaterat till motorneuronernas olika känslighet i ALS. Tidigare i år tilldelades hon även ett prestigefullt internationellt pris från Radala Foundation for ALS Research i Schweiz

Nya möjligheter vid Stockholms universitet

Eva Hedlunds forskargrupp.

Eva Hedlunds forskargrupp. Från vänster: Salim Benlefki (postdoc), Christoph Schweingruber (forskare), Irene Mei (doktorand), Nigel Kee (postdoc), Eva Hedlund (professor), Joao Sousa (master student), Alexandra Bartee (master student) och Silvia Gomez Alcalde (doktorand).

Eva Hedlund arbetar sedan drygt ett år vid Stockholms universitet. Innan dess hade hon byggt upp en forskargrupp vid Karolinska Institutet (KI). Att komma till Stockholms universitet har öppnat nya vägar för tvärvetenskaplig dialog, enligt Eva Hedlund.

– Jag har alltid trivts på KI och har kvar mina kontakter där, men flytten till Stockholms universitet är otroligt rolig, genom att vi kan prata mer multidisciplinärt med biokemister, biofysiker, fysiker och forskare som har helt andra modellsystem och infallsvinklar, liksom att det öppnar för fler samarbeten över institutionsgränser.

Vad är aktuellt inom forskningen om ALS och neurodegenerativa sjukdomar?

– I 10 procent av alla ALS-fall är sjukdomen tydligt nedärvd och där vet vi nu oftast vilken genmutation som orsakar sjukdomen, även om vi ännu inte förstår varför motorneuroner är selektivt känsliga och förloras. När det gäller dessa ALS-fall med tydlig genetisk orsak händer mycket spännande vid forskningsfronten, både om hur muterade sjukdomsframkallande gener mekanistiskt orsakar patologiska förändringar och om hur kliniska prövningar av antisenseoligos (ASO:s) för att slå ner nivåerna av de toxiska genprodukterna, säger Eva Hedlund

Felkommunikation mellan cellerna

Enligt henne är sporadiskt uppkommen sjukdom, vilken utgör 90 procent av alla ALS- patienter, en ännu större utmaning. Även om man börjat förstå att genetik är en stor bidragande faktor till sjukdomens uppkomst så verkar den mycket komplex och är ännu ej förståelig. Det gäller nu att förstå om sporadiskt uppkommen sjukdom och nedärvda genmutationer leder till motorneurondöd på olika eller likartade sätt och således måste behandlas individuellt eller som en grupp. Eva Hedlunds forskargrupp studerar detta med hjälp av gensaxar, och RNA-sekvensering av individuella mänskliga motorneuroner. De undersöker även hur individuella celler och deras axoner svarar på sjukdomshändelser som antingen är sporadiskt uppkomna eller nedärvda.

Eva Hedlund och hennes kollegor har utvecklat flera tekniker för att studera mRNA i motorneuroners axoner och cellkroppar, och de bygger även nya avancerade mänskliga cellodlingsmodeller för att undersöka hur muskler och motorneuroner pratar med varandra.

– Vi tror att synapsens tidiga förstörelse vid ALS beror på en felkommunikation mellan cellerna och att en identifiering av dessa signaler kan ge en stor pusselbit för att förstå ALS, säger Eva Hedlund.

Läs mer om Eva Hedlunds forskning.

Teknik kan underlätta diagnos av demenssjukdomar

Ett nytt sätt att diagnostisera demens vid Parkinsons sjukdom och Lewy body-demens. Det är målet för ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt som leds från Uppsala universitet där den nya tekniken avbildande masspektrometri (’spatial mass spectrometry’) spelar en framträdande roll. Projektet har tilldelats 30 miljoner kronor från Vetenskapsrådets utlysning ”Tvärvetenskapliga forskningsmiljöer”.

Per Andrén, professor vid institutionen för
farmaceutisk biovetenskap. Foto: Mikael Wallerstedt

– Vår nya och innovativa tvärvetenskapliga forskningsmiljö hoppas kunna ge banbrytande ledtrådar till de bakomliggande sjukdomsmekanismerna vid demens vid Parkinsons sjukdom och Lewy body-demens och starkt bidra till utvecklingen av våta biomarkörer för att diagnosticera dessa tillstånd, säger Per Andrén, professor vid institutionen för farmaceutisk biovetenskap, som leder projektet.

Personer med Parkinsons sjukdom har mycket högre risk att drabbas av demens än normalbefolkningen. Vanliga symptom är koncentrationssvårigheter, närminnesstörningar och exekutiv oförmåga.

Även personer med Lewy body-demens har dessa symtom men de har också svårigheter med den rumsliga uppfattningen och tankeförmågan. Sjukdomen är till en början svår att diagnostisera och misstas ofta för Alzheimers sjukdom, vaskulär demens eller Parkinsons sjukdom.

– Det saknas kliniska diagnostiska test och prognostiska biomarkörer för att differentiera de olika demenssjukdomarna vilket är viktigt för att kunna ge patienterna rätt behandling och kunna inkludera dem i läkemedelsstudier som avser att bromsa sjukdomsförloppet, konstaterar Per Andrén.

Detaljerad kunskap om vävnadsprov

I det sexåriga projektet ska forskarna använda olika ’spatial omics’ tekniker, som möjliggör storskalig avbildande analys av molekyler. Det innebär att de ger detaljerad kunskap om exakt vilka celler som finns i ett vävnadsprov, var de är lokaliserade i relation till varandra och dess tillstånd.

– Med hjälp av bioinformatiska metoder kan bilderna från respektive ’spatial omics’-analys sammanfogas och ge ny information. Vi syntetiserar också molekylära verktyg som används för att underlätta analys av molekyler som är svåra att mäta med de olika teknikerna, berättar Per Andrén.

Projektet är ett samarbete med Karolinska Institutet, Stockholms universitet och Kungliga tekniska högskolan. Forskarna kommer att använda vävnadsprover från Stockholm BioPark och College Dementia Brain biobank och de kommer att testa patologiskt relevanta molekyler i blod och ryggmärgsvätska från en kohort av 650 patienter.

Ny detaljkunskap om skadligt protein kan bli användbar i kampen mot Alzheimers

Med hjälp av röntgen- och neutronspridning har ett forskarlag i Lund lyckats kartlägga fibrillstrukturen hos proteinet beta-amyloid 42 som bidrar till Alzheimers sjukdom. Den nya kunskapen kan bli en viktig pusselbit i den framtida jakten på effektiva läkemedel.

Veronica Lattanzi är en av forskarna bakom den nya studien. Foto: Johan Joelsson

Vid Alzheimers sjukdom förtvinar nervcellerna i hjärnan vilket leder till minnesproblem och svårigheter att tolka intryck. Till en början förstörs cellernas utskott och kontaktpunkter, men med tiden dör hela nervcellen. I hjärnan hos en person med svår Alzheimers finns plack av de skadliga proteinerna beta-amyloid och tau samt små klumpar, så kallade oligomerer. Exakt hur plack av beta-amyloid, som finns i flera olika varianter, är uppbyggt har forskarvärlden hittills inte kunnat slå fast. Det har varit känt att proteinets trådliknande strukturer, de så kallade fibrillerna, består av tvinnade trådar med två peptidkopior per plan. Men i en ny studie som publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS, kan ett forskarlag från Lunds universitet avslöja att varje fibrill består av två stycken trådar, så kallade filament.

– En djupare förståelse för hur fibrillerna är uppbyggda och skapas kan hjälpa oss att ta fram läkemedel som hämmar bildandet och spridningen av skadliga oligomerer, säger Veronica Lattanzi, kemidoktorand vid Lunds universitet.

För att detaljstudera beta-amyloid 42 genomförde forskarlaget avancerade röntgen- och neutronspridningsexperiment på Kemicentrum i Lund samt vid Paul Scherrer-institutet i Schweiz. Tack vare spridningsmönstret som skapades i labbet kunde forskarna identifiera en rad hittills okända särdrag hos proteinet.

– Förutom att slå fast att fibrillerna som bildats under rena förhållanden är uppbyggda av två trådar med fyra peptidmolekyler per plan kunde vi identifiera rester av aminosyror på själva fibrillytan, säger Veronica Lattanzi.

Alzheimers är en snabbt växande sjukdom som skapar stort lidande både för de drabbade individerna och deras anhöriga. I somras godkände det amerikanska läkemedelsverket den första symtomlindrande medicinen. Aducanumab är en antikropp som dirigerar om beta-amyloiden vilket begränsar bildandet av giftiga oligomerer.

– Men de cirka 50 miljoner människor som idag lider av den här obotliga demenssjukdomen är i behov av fler effektiva läkemedel. Jag hoppas att vår studie kan bli en liten pusselbit i detta arbete, säger Veronica Lattanzi.

Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS: Amyloid β 42 fibril structure based on small-angle scattering

Ny kunskap om olösliga fibrer som kan förorsaka Skelleftesjukan

Felveckade, olösliga proteinfibrer kan orsaka sjukdom genom att över tid ansamlas i olika organ. Nu har Umeåforskare med kryoelektronmikroskopi beskrivit strukturen på proteinet transthyretin, TTR, i sin fiberform. Den nya kunskapen öppnar möjligheter att framställa läkemedel som inte bara förhindrar att fibrerna uppstår, utan även kan användas för att lösa upp redan bildade fibrer. Studien publiceras i Nature Communications.

Text: Ingrid Söderbergh

Professor Elisabeth Sauer-Eriksson och första forskningsingenjör Irina Iakovleva, båda Kemiska institutionen vid Umeå universitet. Bild: Mattias Pettersson

Med kryoelektronmikroskopi kunde vi karakterisera strukturen ned på atomnivå, det vill säga en upplösning där positionerna av de enskilda atomerna i fibern kan detekteras.

Det humana proteinet transthyretin, TTR, finns i blodplasma där det fungerar som transportprotein för hormonet thyroxin. TTR i sin normala form är löslig och bryts ned på ett par dagar. TTR kan dock vecka om sin struktur för att sedan gå samman med andra felveckade TTR-strukturer för att bilda långa fibrer. Dessa fibrer är olösliga och ansamlas över tid i olika organ vilket ger upphov till sjukdom, bland annat den så kallade Skelleftesjukan.

Fibrerna ansamlas vanligtvis i hjärtat, men för vissa patienter ansamlas de även i ögats glaskropp vilket försämrar synen genom att den grumlas. Detta kan åtgärdas genom glaskroppskirurgi där den grumliga geléaktiga vätskan i ögat ersätts med en saltlösning. Detta gjordes för en patient vid Norrlands universitetssjukhus och ur den extraherade vätskan kunde TTR-fibrer renas fram. Strukturerna av dessa fibrer studerade forskarteamet med kryoelektronmikroskopi.

Platta TTR-protein bygger upp fibrer

I ett första steg identifierade forskarna makrostrukturerna på fibrerna och såg att de bestod långa trådliknande strukturer, så kallade protofilament. Flera protofilament har sedan gått samman och bildat fibrer uppbyggda av två till fem protofilament.

– I vår studie karakteriserade vi strukturen av en fiber uppbyggd av två protofilament. Med kryoelektronmikroskopi kunde vi karakterisera strukturen ned på atomnivå, det vill säga en upplösning där positionerna av de enskilda atomerna i fibern kan detekteras, säger Elisabeth Sauer-Eriksson, professor på Kemiska institutionen vid Umeå universitet.

Humant lösligt TTR har en tredimensionell struktur, och är uppbyggd av fyra identiska proteinkedjor som packar samman i en så kallad tetramer. I fiberform är dock strukturen dramatiskt annorlunda. Tetrameren har dissocierat, och de fyra kedjorna har veckats om och bildar nu platta molekyler som sedan packas på varandra. Ett protofilament av en fiber består alltså av tusentals platta TTR-proteiner staplade på varandra.

Fibrer i ögat annan struktur

Strukturen av fibrer isolerade från glaskroppen jämfördes även med strukturer av fibrer framrenade från hjärta. Intressant nog är strukturerna lika men inte identiska.

– Det öppnar frågan om fiberstrukturerna är olika för att de bildats i olika organ, eller om de är olika för att de inte bildats i samma patient? Det är något vi avser att studera i framtiden, säger Irina Iakovleva, första forskningsingenjör på Kemiska institutionen vid Umeå universitet.

Irina Iakovleva och Elisabeth Sauer-Eriksson tror att studiens resultat kommer att bana väg för att amyloidfibrer kan utforskas som nya potentiella mål för diagnostik och terapeutiska strategier. I dag finns läkemedel som förhindrar bildning av amyloidfibrer, men vad som saknas och behöver utvecklas är läkemedel som bryter ner redan bildade amyloidfibrer. För den forskningen behövs kunskap om hur fibrernas struktur ser ut i detalj.

Till vänster strukturen av de fyra proteinkedjorna i den lösliga tetrameriska formen av TTR. Varje kedja har sin egen färg. När en fiber bildas måste tusentals tetramerer gå isär och kedjorna veckas om till platta strukturer som sedan packas på varandra. Bilden till höger visar två orienteringar av en kort sektion av fibern som består av 2-protofilament – vi ser den uppifrån och från sidan. Varje protofilament består här av sju proteinkedjor så 14 proteinkedjor totalt. Bild: Elisabeth Sauer-Eriksson

Experimenten utfördes på fibrer som avlägsnats med glaskroppskirurgi som tillhandahölls av Intissar Anan, forskare och läkare på Institutionen för folkhälsa och klinisk medicin vid Norrlands universitetssjukhus.

Forskningen har utförts i samarbete med flera forskargrupper som bidragit med sina olika kompetenser. Kryo-EM-data är insamlat vid den nationella forskningsinfrastrukturen Umeå Core Facility for Electron Microscopy (UCEM). Forskningen har finansierats med anslag från Vetenskapsrådet, Kempestiftelserna och Skelleftesjukas förening FAMY.

Om den vetenskapliga publikationen:

Iakovleva, I., Hall, M., Oelker, M., Sandblad, L., Anan, I. & Sauer-Eriksson, A.E.: Structural basis for transthyretin amyloid formation in vitreous body of the eye. Nature Communications 12, 7141 (2021).https://doi.org/10.1038/s41467-021-27481-4