Komplexa vävnadssvar vid infektion

Bakterieinfektioner drabbar oss alla i större eller mindre utsträckning under hela livet. Vissa infektioner är "snälla" och ger nästan inga symtom, medan andra har ett mycket snabbt förlopp med dödlig utgång. En hel del är känt om de strategier som sjukdomsframkallande bakterier använder för att infektera kroppen. De flesta studier har haft detta som utgångspunkt.

Agneta Richter-Dahlfors, professor i cellulär mikrobiologi, har en annan ansats. Mycket av hennes forskning handlar i stället om kroppens försvarslinjer - hur dessa ser ut vid olika typer av infektioner.

- Hittills har vi haft mycket begränsade möjligheter att studera det komplexa samspelet mellan kroppens celler och bakterierna i samband med en infektion. Traditionellt har man använt sig av cellodlingar, som i sig har många fördelar, till exempel lättillgänglighet. Men svagheten ligger i att dessa system inte kan efterlikna den komplexa miljö som bakterierna möter inuti ett helt organ.

Agneta Richter-Dahlfors och hennes medarbetare har därför utvecklat en metod som gör det möjligt att studera infektionsförloppet inuti vävnaden i ett levande organ medan infektionen pågår. Som modellsystem använder hon E. coli-bakterier. Dessa kan hos människa ta sig upp till njurarna och där ge upphov till njurbäckeninflammation. I de aktuella studierna använder Agneta Richter-Dahlfors råtta. Njuren är speciellt lämpad för denna typ av studier eftersom det där råder ett mycket tätt samspel mellan de celler som bildar njurens nefron. Dessa består av en mängd blodkapillärer och njurkanaler (tubuli) i vars slemhinna bakterierna fäster.

Ny försvarsmekanism

Med hjälp av en ny teknik, multifotonmikroskopi, kan forskarna följa infektionsförloppet hos råttan från det att den första bakterien binder till slemhinnan. Försöken går till så att en del av råttans njure friläggs och bakterierna sprutas in i njurkanalerna. Med hjälp av fluorescerande färgämnen som sprutas in i blodbanan kan man följa blodkropparnas rörelse i kapillärerna. Genom att också bakterierna är fluorescerande via genetisk modifiering kan man se hur de binder till slemhinnan.

- Vi har bland annat sett att då bakterierna fäster i slemhinnan och där växer till så utlöses en rad kroppssignaler. Det leder till att blodtillförseln stryps och det uppstår ischemi, syrebrist, i det infekterade området, det vill säga i nefronet. Det får i sin tur till följd att en del epitelceller lossnar och dör, bakterierna kapslas in och får svårt att sprida sig i vävnaden. Under tiden kan immunceller hinna fram, angripa och döda bakterierna. Vi ser alltså ischemin som en försvarsmekanism och undersöker vilka signalvägar som utlöser denna, säger Agneta Richter-Dahlfors.

Modellsystemet gör det också möjligt att studera vilka gener i råttans njure och i bakterien som uttrycks under olika delar av infektionsförloppet och som styr detta. Det sker genom att under infektionen ta ut små vävnadsprover, biopsier, från njuren och analysera dessa med hjälp av så kallade microarrayer. Det mest intressanta, säger Agneta Richter-Dahlfors, blir kanske att genom experimenten kunna studera effekterna av bakterieinfektionen på fysiologiska funktioner i organet. Som till exempel blodflödets hastighet och njurens filtreringsförmåga.

- Den nya tekniken är inte begränsad till att studera infektioner i njuren utan den kommer att kunna användas på många olika typer av infektioner i olika organ. Förhoppningsvis kommer vi att identifiera nya vägar att behandla infektioner då vi får ökade kunskaper om det komplexa samspel som råder mellan bakterier och kroppens celler.

Organisk bioelektronik

För att utöka möjligheterna att studera kommunikationen i celler och vävnader har Agneta Richter-Dahlfors initierat en ny forskningslinje, så kallad organisk bioelektronik. Tillsammans med kolleger vid Linköpings universitet bedriver hon tvärvetenskapliga forskningsprojekt där egenskaper hos ledande plaster utnyttjas för att påverka celler och vävnader. Till skillnad mot klassisk elektronik, som utnyttjar elektroner som signalbärare, har forskarna funnit att joner och andra biologiska signalsubstanser kan användas som signalbärare i de ledande plasterna. En elektrisk signal aktiverar transporten av biosubstanserna och på så sätt skapas en programmerbar leveranselektrod.

- Vi har redan visat att plastelektroderna kan användas för att kommunicera med celler i cellodlingar. Vi fortsätter nu att utveckla dessa elektroder i mer avancerade system för att till slut kunna använda tekniken i kliniska sammanhang, till exempel för att påverka nervsignaler i kroppen, berättar Agneta Richter-Dahlfors.

Detta projekt drivs som ett av flera utvecklingsprojekt inom Strategiskt Forskningscentrum för Organisk Bioelektronik (OBOE). Centret består av ett tiotal forskargrupper, där teknikkompetensen vid Linköpings universitet integreras i de medicinska frågeställningarna vid Karolinska Institutet. Agneta Richter-Dahlfors är chef för detta centrum på Karolinska Institutet.

Text: Ann-Marie Dock, publicerad i "Från Cell till Samhälle" 2008

Om forskningsämnet

Det tunna lager av celler som skiljer utsida från insida i kroppens samtliga slemhinnor utgör basen för ett sinnrikt försvar gentemot bakterier. Agneta Richter-Dahlfors studerar bakterier som försöker invadera slemhinnan samt hur de tas om hand av kroppens försvarssystem. Genom att utveckla nya teknologier kan dessa studier göras inuti det infekterade organet i realtid, det vill säga samtidigt som infektionen pågår. Kunskap om samspelet mellan bakterier och det komplexa vävnadssvaret förväntas ligga till grund för nya terapier.

För att utöka möjligheterna att studera kommunikationen i celler och vävnader har Agneta Richter-Dahlfors initierat en ny forskningslinje, så kallad organisk bioelektronik. Tillsammans med kollegor vid Linköpings universitet bedriver hon tvärvetenskapliga forskningsprojekt där egenskaper hos ledande plaster utnyttjas för att påverka celler och vävnader. De har redan visat att plastelektroderna kan användas för att kommunicera med celler i cellodlingar. Nu fortsätter de att utveckla dessa elektroder i mer avancerade system för att till slut använda tekniken i kliniska sammanhang.

Länkar

BakterierMikrobiologiProfessor