Spridning av blodcancerceller till centrala nervsystemet hos barn med akut leukemi

Akut lymfatisk leukemi (ALL) är en typ av blodcancer som innebär att det sker en överproduktion av omogna immunceller. ALL är den vanligaste cancerformen hos barn. En allvarlig komplikation vid ALL är när leukemiceller kommer in i det centrala nervsystemet (CNS). Detta kan leda till att friska nervceller påverkas och kan ge neurologiska symtom. Det verkar dessutom vara så att de leukemiceller som finns i CNS är svårare att påverka med behandling och patienter med CNS-leukemi har idag en sämre chans till bot. 

I detta projekt är syftet att studera leukemiceller som har spridit sig till CNS genom att analysera ryggmärgsvätska hos barn med ALL. Cellerna kommer att isoleras från ryggmärgsvätskan och förberedas för en metod som kallas enkelcellsanalys. Denna metod kommer att tillåta insamling av genetisk information från leukemiceller om vilket cellulärt maskineri som möjliggör spridning till CNS och hur de kan överleva behandling. Vi kommer också att analysera ryggmärgsvätskan för att söka efter proteiner som skulle kunna användas för att upptäcka spridning av leukemi till CNS. Tanken är att integrera data som genereras från detta projekt med kliniska patientdata för att bättre förstå bakgrunden till spridning av leukemi till CNS. Förhoppningen är att detta både ska kunna leda till bättre metoder för att diagnosticera CNS leukemi och bidra till förbättrad behandling för denna patientgrupp, som idag trots mycket intensiv behandling riskerar att dö av sin sjukdom.

Broskceller som nytt behandlingsmål vid ledgångsreumatism

Ledgångsreumatism, eller Reumatoid artrit (RA), är en av de vanligaste autoimmuna sjukdomarna i världen. Ett viktigt kännetecken för RA är att ledbrosket förstörs. Brosk är en slät och gummiaktig vävnad som täcker benändarna i våra leder. Dess funktion är att minska friktionen mellan lederna och fungerar som en stötdämpare, vilket underlättar vår rörelse. När brosket förstörs leder det till kronisk ledsmärta, funktionsbegränsningar och en allmänt försämrad livskvalité.

Trots stora framsteg i behandlingen av RA så är det tyvärr fortfarande många patienter som inte blir hjälpta av dagens behandling. Det finns därför ett stort behov av att hitta nya behandlingsmetoder som kan hjälpa fler patienter. För att lyckas detta är det viktigt att vi förbättra vår förståelse för de sjukdomsmekanismer som bidrar till utvecklingen av RA. 

En av mekanismer som spelar en roll vid RA är den så kallade signalvägen för epidermal tillväxtfaktorreceptor (EGFR). Den aktiveras så snart ett specifikt protein, i detta fall amfiregulin (AREG), binder till den. Höga nivåer av AREG har identifierats i leder hos patienter med RA, men dess roll i sjukdomsförloppet är inte kartlagd. Med min preliminära data kan jag visa att broskcellerna producerar mer broskförstörande enzymer när de exponeras för AREG. Därför vill jag nu kartlägga hur denna signalväg påverkar uppkomsten och utvecklingen av RA. Att förstå dessa processer kommer att leda till nya och bättre behandlingsmetoder för patienter med RA.

Insikt i uppkomsten av mänskliga oligodendrocyter för att förstå MS-sjukdomens patofysiologi samt remyelinisering

Multipel skleros (MS) är en neurologisk sjukdom som uppkommer när det myelin som skyddar nervcellerna och låter dem kommunicera med varandra skadas (demyelinisering). Myelin skapas av celler som kallas oligodendrocyter (OLer) och under MS-förloppet misslyckas de samt den omogna formen oligodendrocytprekursorceller (OPCer) att producera myelin (remyelinisering). Remyelineringsterapier kan potentiellt tillämpas i behandlingen av MS men baseras mestadels på resultat från djurstudier som delvis återspeglar mänsklig MS-sjukdom. En djup förståelse av mekanismerna som styr den mänskliga OL-uppkomsten är viktig för att effektivt utveckla framgångsrika remyeliniseringsterapier. Tidigare studier har identifierat flera proteiner (transkriptionsfaktorer) som kan vara fundamentala för att reglera uppkomsten av OLer samt OPCer. I detta projekt kommer jag att undersöka diverse transkriptionsfaktorers roll i moduleringen av den mänskliga OL-uppkomsten samt aktivera eller inaktivera dessa faktorer och värdera dess genetiska funktion och inflytande på cellulär nivå i både mogna OLer samt OPCers bildning, differentiering och mognad till myeliniserande OLs. Jag kommer sedan att undersöka hur dessa faktorer reglerar remyelinisering i en demyeliniserande musmodell av MS på encellsnivå över tid. Tillsammans kommer detta att ge en bred insikt i mänsklig myelinisering och hjälpa till att utveckla nya remyeliniseringsstrategier för behandling av MS.

Virus-, vävnads- och T-cellreceptorspecifika avtryck på klontypiska CD8+ T-celler genom hela människokroppen

Genom hela våra liv stöter vi på en mångfald olika virus och står inför talrika infektioner som utmanar vårt immunsystem. Detta är en mycket komplex uppgift eftersom våra immunceller måste anpassa sig kontinuerligt till nya situationer. Virus är olika, tränger in i människokroppen på olika sätt, infekterar olika delar av kroppen och har utvecklat olika strategier för att undkomma vårt immunförsvar.

Avgörande för vårt försvar mot virus är cytotoxiska eller ’killer’ T-celler, en typ av adaptiv immuncell. Dessa celler färdas genom kroppen för att söka efter en virusinkräktare, eliminera den och därefter minnas den för livet, vilket bildar det så kallade immunologiska minnet. Mycket av denna immunaktivitet äger rum i olika vävnader och organ genom hela människokroppen, ändå har vi endast begränsad information om hur T-celler anpassar sig och fungerar som svar på olika virus i olika vävnader. Dock kan en korrekt förståelse av detta hjälpa oss att utveckla bättre antivirala terapier och vaccinationsstrategier.

I detta projekt kommer jag att använda en uppsättning avancerade bioteknologiska metoder för att identifiera och undersöka killer T-celler specifika för 25 olika virus i olika mänskliga vävnader och blod. Denna forskning är möjlig genom donationer från friska, men tyvärr avlidna, personer som deltar i ett unikt program i hela Europa, genomfört av Karolinska Institutet och Universitetssjukhuset i samarbete med det regionala donationscentret.

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.