CRISPR-medierad sökning av gener involverade i resistens mot behandling av immunkontrollpunktsblockering

Immune checkpoint blockade (ICB) var en banbrytande behandlingsmetod för cancerpatienter, en upptäckt som tilldelades nobelpriset år 2018. Denna behandling hjälper T-cellerna i vårt immunsystem att döda cancerceller mer effektivt igenom att ta bort bromsarna på immunsystemet och med denna ökade aggression döda cancern. Många cancerformer utvecklar en resistens mot ICB, men exakt med vilka gener som är involverade är inte helt känt. I denna studie vill vi utreda hur cancerformer blir resistenta mot ICB och förhoppningsvis kunna identifiera nya avenyer för behandling som kan övervinna cancerns motståndskraft mot dagens terapier. Projektets fokus kommer att ligga på trippelnegativ bröstcancer. För att förstå hur dessa cancerceller utvecklar resistens mot behandlingar måste vi leta efter eventuella förändringar i dessa cancercellers gener som kan hjälpa cancercellerna att fly från immunsystemet. Vi kommer att göra detta med en teknik som kallas ”CRISPR screen” som kan visa vilka gener som förändras i cancercellerna som motstår behandling jämfört med cancercellerna som dödas av behandlingen. De mutationerna som skyddar cancercellerna från att dödas av T-celler leder till att specifika gener ändras. När vi väl vet vilka gener som förändras kan dessa bli bra mål för framtida läkemedel som kan återföra T-cellernas kapacitet att döda cancern. Med detta projekt kan vi säkerställa att nuvarande effektiva terapier, förblir effektiva även för svårbehandlade cancerpatienter.

Identifiering av nya kretsar som ligger bakom ångeststörningar

Psykiska störningar står för 30% av den globala sjukdomsbördan, bland dessa har ångeststörningar den högsta andelen och representerar en grupp sjukdomar som har överdriven rädsla och ångest som sina centrala symtom. Fokus för vår undersökning är hjärnregionen periaqueductal gray matter (dPAG), som är känd för att bearbeta rädslosignaler. Tidigare studier har visat att dPAG modulerar försvarsreaktioner genom överföring av γ-aminosmörsyra (GABA). I enlighet med detta är farmakologiska behandlingsalternativ för ångeststörningar inriktade på GABAergiska hämmande kopplingar. 

Vår metod undersöker könsskillnader vid ångestsyndrom. Kvinnor är, på grund av hormonella fluktuationer, mer benägna att drabbas av ångest. Vi undersöker hur kvinnliga och manliga hjärnkretsar reagerar olika på stress och söker insikter som kan skräddarsy behandlingar mer effektivt. Vi använder banbrytande teknik som helt optisk spänningsavbildning för att observera aktiviteten hos tusentals enskilda nervceller. Genom att jämföra hjärnkretsarna hos kontrollmöss med dem där vi framkallat ångest vill vi identifiera de specifika nervceller som är ansvariga för obalansen och därmed bidra till utvecklingen av målinriktade terapier. Genom att fastställa vilka specifika neuroner och kretsar som är inblandade öppnar vi dörrar för att utforma läkemedel som är exakt inriktade på grundorsakerna, vilket leder till mer effektiva och skräddarsydda behandlingar.

Effektiv in vivo gen-knock-in för redigering av blodbildande stamceller för att bota X-kromosombunden agammaglobulinemi (Brutons sjukdom)

I det här projektet kommer jag geneditera (ändra på DNA med hjälp av enzymet Cas9) de blodbildande (hematopoetiska) stamcellerna (BSC) för att bota genetiska sjukdomar som drabbar immunförsvaret. Mitt mål är att utveckla en metod för att effektivt geneditera BSCs för att bota sjukdomen X-linked agammaglobulinemia (XLA). XLA orsakas av mutationer i proteinet BTK som leder till att patienterna helt saknar B-celler och således antikroppar, vilket gör dem infektionskänsliga. På Karolinska har man redan skördat BSCs från XLA patienter som kommer användas för att säkerställa att min metod fungerar i patientspecifika celler. Jag ämnar utveckla nya nanopartiklar som är skräddarsydda för leverans av genediteringskomponenterna till BSCs. Slutmålet är att kunna leverera genediteringsmaskineriet direkt till BSCs och utföra genredigering för att återställa den muterade genens funktion som därefter kan bilda ett friskt immunförsvar. De nya nanopartiklarna kommer laddas med alla nödvändiga komponenter för att leverera en frisk gen till cellerna som placeras på exakt rätt ställe i arvsmassan, så att genen uttrycks på rätt sätt. Metoden har potential att utvecklas vidare så att den också kan appliceras på andra sjukdomar som drabbar BSCs och immunförsvaret.

Ökad nedbrytning av kopplingar mellan hjärnceller vid schizofreni – kombinerade experimentella och kliniska studier för att identifiera nya målstrukturer för läkemedel

Schizofreni är en psykossjukdom som oftast leder till betydande konsekvenser för den drabbade och samhället i stort. Nya storskalig genetiska studier har identifierat en rad genetiska faktorer som ökar risken för schizofreni. Dessa har givit mekanistiska ledtrådar som talar för en ökad eliminering av kopplingar mellan hjärncellerna i ett tidigt skede av sjukdomen. Vi har dock ännu inte detaljerat kunnat kartlägga de molekylära händelser som driver förloppet och till stor del beror detta på att vi fortsatt saknar humana sjukdomsmodeller som kan adressera dessa komplexa mekanismer. Detta har hindrat utvecklingen av nya riktade läkemedel som skulle kunna hindra dessa processer i ett tidigt skede av sjukdomen. I denna forskningsstudie använder vi oss av en ny hjärnorganoid – en tredimensionell modell av den tidiga hjärnan baserad på omprogrammerade hudceller från patienter – och genomför en detaljerad kartläggning av hur enskilda celler och molekylära processer bidrar till ökad eliminering av kopplingar mellan hjärncellerna i de modeller som baseras på celler från patienter med schizofreni. För att sedan försäkra oss om att de identifierade mekanismerna speglar processer som sker i den verkliga hjärnan så genomför vi mätningar i ryggmärgsvätska från de individer som bidragit med celler till våra modeller. På så sätt kan vi studera hur modellerna överensstämmer med processer i hjärnan och selektera ut mekanismer som är kliniskt relevanta att angripa med nya riktade läkemedel.

Foto: Rafel Motta: Flying Pig Studio

Neonatal programmering av B-cellsminne och dess roll i vuxen immunitet

B celler är vita blodkroppar i vårt immunsystem som producerar antikroppar, vilka binder till kroppsfrämmande ämnen och är avgörande i kampen mot bakterie- och virusinfektioner. De kan dessutom ge upphov till minnesceller som snabbt kan producera stora mängder av antikroppar vid återkommande infektion och utgör därför huvudmålet med vaccinationer. Detta projekt syftar till att reda ut hur B-cellsminnet som bildas från mikrobiell exponering under livets första tid kan kontrollera immunförsvaret senare i livet.

’Neonatal imprinting’ är ett väletablerat koncept som betonar vikten av att tarmens mikrobiella flora tidigt i livet kan programmera immunsystemets känslighet. Avvikande programmering kan leda till ökad risk för inflammatoriska sjukdomar. Hygienhypotesen illustrerar denna effekt och beskriver observationen att minskande mikrobiell exponering med den moderna livsstilen orsakar ökad förekomst av allergiska och autoimmuna sjukdomar. De cellulära och molekylära mekanismerna som ligger bakom denna programmering är dock inte väl etablerade. 

Mitt forskarteam har använt genetiska markörer för att tidsstämpla B-celler som uppstår tidigt i livet och upptäckt ett nätverk av neonatala minnesceller i vuxna möss som inte har utsätts för avsiktlig immunisering. Dessa formas av tidig mikrobiell kolonisation och vi kommer nu att undersöka dess programmering samt reglerande roll i skyddande och patologisk immunitet senare i livet med hjälp av musmodeller.

Ett panoramafönster till cellernas livligaste platser

Inuti celler finns det inte ett hav med molekyler, utan komplexa strukturer, där många olika proteiner, likt små robotar, arbetar ihop för att styra cellens funktion och tillväxt. Om dessa strukturer byggs på fel sätt, kan cellen tappa kontrollen: den växer när den inte ska och blir en cancercell. Om vi kan se hur proteiner interagerar med varandra, och hitta molekyler som påverkar dessa interaktioner, har vi möjlighet att bota vissa cancerformer. Några av de viktigaste interaktionerna sker inuti stora komplex som kallas för organeller. De är uppbyggda av flexibla proteiner som liknar en tallrik med kokt spagetti. Även om de ser kaotiska ut, så kan dessa strukturer ändå rekrytera proteinerna som styr tillväxten och se till att de uppfyller sin funktion, som till exempel slå på eller av viktiga gener. Tyvärr så är det väldigt svårt att se in i organeller och hitta de interaktioner som man kan korrigera med läkemedel. För att lösa det problemet ska vi använda en teknik som kallas för masspektrometri (MS), där vi placerar organeller i vakuum, bryter sönder dem, och mäter vikten på alla delar. Vi kan sedan använda artificiell intelligens för att pussla ihop dessa bitar, och på så sätt får en karta över vilka proteiner som interagerar med varandra och hur. Vi kan även tillsätta läkemedel och se om interaktionerna förändras. Med detta projekt kan vi hitta nya cancerbehandlingar, men även öppna dörren för att studera andra protein-interaktioner i levande celler.

Regional behandling och modern immunterapi för patienter med metastaser av ögonmelanom – ett translationellt forskningsprojekt som inkluderar en ny randomiserad klinisk prövning

Introduktionen av modern immunterapi har inneburit en revolution i hur patienter med hudtumören malignt melanom kan behandlas, tidigare fanns ingen effektiv behandling för denna mycket aggressiva tumörform, idag kan vi bota 50% av patienterna även om dom har en spridd cancer. Malignt melanom kan dock även uppstå i ögat, så kallat ögonmelanom, som vanligen sprider sig till i huvudsak levern, och för dessa patienter finns fortfarande egentligen ingen effektiv behandling. Våra senaste kliniska studier har dock gett hopp då vi visat att en behandling, isolerad hyperterm leverperfusion (IHP) där man kirurgiskt kopplar levern till en hjärt-lungmaskin och sköljer levern med en extremt hög dock cellgift under en timme, är en mycket effektiv behandling. Ytterligare forskning som vi gjort har även visat att behandlingar som IHP kan aktivera immunsystemet, vilket då tycks göra metastaser av även ögonmelanom mer känsliga för immunterapi. Vi vill bygga vidare på dessa fynd genom att i en ny klinisk prövning kombinera IHP med modern immunterapi, och även studera de hur genetiska och immunologiska faktorer påverkar svaret på behandlingen. På kort sikt kommer denna studie att erbjuda patienter med metastaser av ögonmelanom en chans att vara en del av en ny klinisk prövning med en unik kombination av behandlingar. På längre sikt hoppas vi kunna använda den information vi samlar in för att utveckla nya behandlingar, inte bara för patienter med ögonmelanom, utan även för andra cancerformer. 

Nya perspektiv på sjukdom i vänsterhjärtats segelklaff och dess koppling till plötslig hjärtdöd

Mitralisklaffprolaps ses hos 1 av 40 och innebär en utbuktning av vänster kammares hjärtklaff. Detta kan medföra ”klaffläckage” som måste behandlas kirurgiskt, och kan leda till hjärtsvikt, hjärtrytmrubbningar och plötslig hjärtdöd. Fibrosbildning i hjärtat samt “mitral annulus disjunction” (MAD), som innebär onormalt fäste av klaffen i kammarväggen, är riskfaktorer för rytmrubbningar. Projektets övergripande mål är att kartlägga de relativt outforskade mekanismerna till grund för associationen mellan mitralisprolaps och hjärtrytmrubbningar, samt att studera hur denna dödliga association påverkas över tid av mitralisklaffkirurgi. Med hjärt-MR på 90 patienter med mitralisprolaps vill vi undersöka om fibrosen kan reverseras och om operation bör ske tidigare än idag för att förhindra irreversibel fibros (mål 1). Vi vill studera 2000 patienter som genomgått kirurgi för att ta reda på om MAD påverkar utfallet och typ av ingrepp (mål 2). Vi kommer analysera upprepade hjärt-MR över 20 års tid avseende MAD och fibros hos en unik patientkohort för att kartlägga utvecklingen över tid (mål 3). Slutligen vill vi studera bortopererade klaffar med avancerad genteknik för att undersöka om förvärvade genförändringar i klaffen kan förklara sjukdomsutvecklingen (mål 4). Resultaten kommer ge ny förståelse för mekanismerna vid mitralisprolaps och kopplingen till hjärtrytmrubbningar, och har direkt relevans för utformningen av en ny typ av individualiserad vård av denna vanliga patientgrupp.

Kartläggning av B-celler i cancer

Cancer är ett allvarligt hälsoproblem. Under senare tid har framgångsrika immunterapibehandlingar utvecklats som riktar sig till det egna immunförsvaret för att bekämpa tumörer. Trots detta, saknar vi fortfarande adekvata behandlingsmetoder för många patienter.  Tumörer består, förutom cancerceller, av många olika sorters immunceller. Bland dessa framstår de så kallade B-cellerna som nya lovande kandidaterna för immunterapi. Målet för min forskning är att kartlägga B-celler i tumörer under behandling i prekliniska och kliniska prover.

Att B-celler är attraktiva kandidater för immunterapi kan sammanfattas i tre punkter: 1) ansamling av B-celler i en tumör associeras med förbättrad prognos, 2) B-celler har viktiga funktioner som kan begränsa tumörtillväxt, och 3) de bär speciella receptorer som kan reagera på specifika molekyler.  Hur dessa B-celler aktiveras för bekämpning av tumören, beror dels på vilken receptor de bär på och var i tumören de befinner sig. 

Det har varit tekniskt utmanande att lokalisera B-cellerna och samtidigt identifiera receptorer de bär på. Vi har utvecklat en metod (‘Spatial VDJ’) som gör detta; kartlägger B-cellreceptorn, genuttryck, anatomi, och celltyper, i ett och samma vävnadssnitt. Min målsättning är nu att både identifiera individuella B-cellreceptorer med relevanta tumörbekämpande funktioner samt kartlägga de faktorer som reglerar B-celler, med siktet inställt på individuella mediciner och nya immunterapibehandlingar.

Att bättre förstå och förutsäga utvecklingen från prekursor/tidigt stadium till fullskalig blodcancer.

Blodcancersjukdomar innefattar olika cancerformer som varierar i prognos. Många blodcancrar föregås av ett förstadium – en prekursor. I motsats till cancer är prekursorer godartade och kräver ingen behandling. Prekursorer är vanlig förekommande i befolkningen och förekomsten ökar avsevärt med stigande ålder. På grund av en åldrande befolkningsstruktur kommer förekomsten av prekursorer att öka ytterligare och kommer att leda till en betydande börda för samhället eftersom vi idag inte kan förutsäga vem som kommer att utveckla blodcancer.

I vårt projekt utnyttjar vi unika biobanksresurser som finns i Västerbotten genom Northern Sweden Health and Disease Study (NSHDS) där deltagarna lämnade upprepade prover, och det är därför möjligt att i efterhand följa sjukdomsuppkomsten. I jämförelse med individer som inte utvecklade någon cancer syftar vi till att med hjälp av olika högprecisionsteknologier bättre förstå varför man få prekursorer respektive blodcancer och att hitta biomarkörer i blodet som tidig förutsäga vem som kommer att utveckla blodcancer och vem som kommer att utveckla blodcancer med dålig prognos.  

Att tidig förutsäga utvecklingen av blodcancer eller dålig prognos kan minska ångesten hos drabbade patienter och vårdkostnader samt underlättar att identifiera patienter som kan ha nytta av tät uppföljning eller tidig cancerbehandling. Att tidig förutsäga blodcancerutveckling skulle också kunna hjälpa att utveckla förebyggande strategier som hindrar cancerutvecklingen.