EN / DA
Krop og sind

Forskere får immunforsvaret til at lyse op

Danske forskere har udviklet et molekylærbiologisk værktøj til at få immunforsvarets celler til at lyse, når immunforsvaret er på arbejde. Værktøjet kan give helt ny indsigt i immunforsvarets reaktion på farlige mikroorganismer som eksempelvis coronavirus.

Når immunforsvaret skal på arbejde for at nedkæmpe eksempelvis virusinfektioner, mobiliseres tusindvis af celler.

Hvis forskere vil forstå den proces for bedre at kunne udvikle medicin og vacciner, er de nødt til at have værktøjer til at se immunforsvaret efter i sømmene, mens det er på arbejde.

Sådan nogle værktøjer har danske forskere udviklet, og i et nyt forsøg viser de, at de med værktøjerne kan få immunforsvarets celler til at lyse op, så forskere med en laser kan tælle, hvilke celler der bliver flere af i immunforsvarets modangreb på truslerne fra omverden.

"Man kan lidt firkantet sige, at vi har indsat en sladderhank i genomet for at kunne undersøge, hvordan immunforsvaret fungerer. Med vores nye metode kan vi meget lettere studere funktionen af immunforsvaret, end hvis man eksempelvis skal gøre det i et mikroskop," fortæller adjunkt Søren Egedal Degn fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.

Forskningen er offentliggjort i Cytometry A.

Immunforsvaret er i et konstant våbenkapløb

For at forstå forskningsresultatet er det vigtigt først at forstå, hvordan immunforsvaret fungerer.

Når immunforsvaret møder et fremmedlegeme, skal det stable et modsvar på benene, og til det benytter det nogle immunceller, der kan genkende den trussel, som invaderer kroppen.

Immunforsvaret har tusindvis af forskellige immunforsvarsceller, der kan genkende antigener på virus, bakterier eller andre patogener, men kun få af dem kan gøre noget ved det enkelte virus, eksempelvis coronavirus.

Når disse få immunforsvarsceller genkender coronavirus, begynder de at dele sig i et rasende tempo for at booste modangrebet.

Inden for forskningsverdenen hedder det klonal ekspansion, når specifikke immunforsvarsceller begynder at dele sig som modsvar på en trussel udefra.

"Klonal ekspansion er resultatet af, at virus og bakterier udvikler sig meget hurtigere, end vi gør. Derfor har vi udviklet det her forsvar, hvor vi ikke skal have alle immunforsvarscellerne i høje omdrejninger hele tiden, men i stedet kan forlade os på, at de celler, som der er brug for, begynder at dele sig som modsvar på en trussel. Man kan sammenligne det med Mr. Smith fra Matrix-filmen. Han begynder også at klone sig selv, da hovedpersonen Nemo viser sig at være for stærk at klare én mod én," forklarer Søren Egedal Degn.

Mangler værktøjer til at kunne forstå klonal ekspansion

En del af den klonale ekspansion er også, at immunforsvarets celler ikke må kunne genkende kroppens egne celler og derved lave et autoimmunt respons, som man eksempelvis ser det ved en række autoimmune sygdomme, herunder type 1-diabetes, multipel sklerose, leddegigt og systemisk lupus erythematose.

I våbenkapløbet mellem vores immunforsvar og mikroberne producerer vi immunforsvarsceller i en overflod af variation, og efterfølgende screener immunforsvaret cellerne for at eliminere dem, der kan angribe kroppen selv.

Tilbage er kun dem, som potentielt set kan virke mod trusler fra omverdenen.

"Dette har været den fundamentale forståelse af immunforsvaret de seneste henved 70 år, men vi mangler nogle værktøjer til at kunne studere klonal ekspansion for på den måde at forstå immunforsvarets funktion bedre," siger Søren Egedal Degn.

Får immunforsvaret til at lyse op

I sin forskning forsøger Søren Egedal Degn netop at udvikle værktøjer til at studere klonal ekspansion.

I det nye forskningsarbejde har forskerne fra Aarhus Universitet indsat nogle fluorescerende genetiske markører i genomet hos mus, hvorved musenes immunforsvarsceller bliver tagget med et lille farvestof.

Det betyder, at hvis immunforsvaret bliver aktiveret til at gå til modangreb på en virus eller en bakterie, vil der blive dannet flere og flere immunforsvarsceller med en given farve eller farvekombination.

Visuelt betyder det, at når forskerne kigger på en fordeling af farver fra en blodprøve eller i en celleprøve fra en mus, vil fordelingen blive skubbet i retning af flere af den type celler, der er blevet aktiveret i modangrebet.

"Vi kan på den måde følge klonal ekspansion i både tid og sted. Vi kan se, hvordan fordelingen af immunforsvarets celler udvikler sig over tid, og vi kan også se, hvor i kroppen responset er stærkest. Nogle farver vil der givetvis komme flere af i lymfeknuderne, som spiller en central rolle i at aktivere immunforsvaret," siger Søren Egedal Degn.

Skyder på levende væv med en laser

Det kan dog være en omstændelig proces at undersøge disse ting med et mikroskop og væv fra levende mus.

Derfor har Søren Egedal Degns forskerhold, med postdoc Cecilia Fahlquist-Hagert i spidsen, med det nye forskningsarbejde udviklet en metode til hurtigt at tælle, hvor mange farvede celler af en given slags der er i en prøve.

Til det bruger forskerne et flowcytometer og et billedcytometer, der samlet skyder laser på de biologiske prøver og samtidig tager fluorescensbilleder af prøverne, som på den måde analyseres for antallet af farvede prikker.

Kombineret med et avanceret computerprogram til at analysere billederne gør det dem i stand til at identificere populationer af givne immunforsvarsceller og følge dem i tid og sted.

"Det kan være svært at forholde sig til alle de data, som man kan få ud af prøverne, men ved hjælp af smarte algoritmer kan vi visualisere det i 2D og samtidig bevare kompleksiteten i datasættet," siger Cecilia Fahlquist-Hagert.

Søren Egedal Degn forventer, at den nye måde at studere klonal ekspansion vil gøre forskere i stand til at blive klogere på immunforsvaret med alle de muligheder inden for medicin og vacciner, som det fører med sig.

Kan forklare spredning af autoimmune sygdomme

Allerede nu har forskerne benyttet teknikken til at skelne mellem to typer immunrespons: Et respons, der var rettet mod en sygdomsfremkaldende organisme, og et respons rettet mod kroppen selv.

Formålet var at se, om der mellem de to immunresponser var en forskel i den hastighed, som immunforsvaret reagerede på.

Resultatet af undersøgelsen viste, at immunforsvaret reagerede lige hurtigt i begge tilfælde, hvilket ifølge Søren Egedal Degn peger på, at når først immunforsvaret har krydset barrieren for tolerans af egne celler, så knokler det bare på for at ødelægge de celler, som kommer i vejen – også kroppens egne.

Det kan ifølge forskeren være forklaringen på, at man ved nogle autoimmune sygdomme, eksempelvis leddegigt og systemisk lupus, ser, at sygdommen udvikler sig og spreder sig fra væv til væv.

"Vi mener, at det hænger sammen med, at når først bremsen er sluppet, og processen er sat i gang, så danner man hele tiden nye immunceller, der reagerer med det næste antigen og det næste antigen, og de antigener kan sidde i kroppens eget væv," forklarer Søren Egedal Degn.

Seeing the Confetti Colors in a New Light Utilizing Flow Cytometry and Imaging Flow Cytometry" er udgivet i Cytometry A. Søren Egedal Degn modtog i 2019 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Mechanisms governing breakdown of tolerance at the germinal center check-point”.

Søren Egedal Degn
PhD, Assistant Professor
The Laboratory for Lymphocyte Biology focuses on the role of B and T lymphocytes in health and disease, with a particular emphasis on tolerance and autoimmunity. B and T lymphocytes are the main constituents of the adaptive immune system, a branch of the immune system with the remarkable abilities of ‘learning’ and ‘memory’. We investigate these phenomena with a combination of molecular techniques, mouse models, flow and imaging cytometry, cell sorting, and advanced imaging techniques, including confocal and two-photon microscopy. Our work has implications for the development of treatments for autoimmune diseases, cancer, and infectious diseases, as well as vaccine design.