Projektanslag

En världsunik atlas över hjärnan

Joakim Lundebergs laboratorium ska utforska hjärnan, cell för cell. Forskargruppen har utvecklat en banbrytande metod för att studera vilka gener som är aktiva i enskilda celler. I ett enda experiment kan de studera över två miljoner celler i en vävnad. Projektet kommer att genera en unik karta över hjärnans alla delar. Först ut: luktbulben.

– Den har så snygg morfologi. Den liknar Afrika till formen, säger Joakim Lundeberg, professor i molekylär bioteknik vid SciLifeLab i Stockholm.

Han pekar på en bild av luktbulben som han har klickat upp på datorskärmen. I luktbulben sitter alla mottagare som gör att vi känner doft.

Vävnadssnittet som ligger på mikroskopsglaset är extremt tunt. Joakim Lundeberg kan, om han vill, zooma in på varje enskild liten cell. När han klickar vidare i sin bildpresentation läggs ett raster över luktbulben; ett vitt rutnät där varje ruta är 13x13 mikrometer. En cell är ungefär 10 mikrometer i diameter. Alltså får det plats ungefär en cell per ruta. Joakim Lundeberg kan välja vilken ruta han vill, så kan datorn berätta för honom exakt vilka gener som är aktiva i den cell som ligger i rutan.

När han berättar låter allting väldigt enkelt. Men den teknik han har tagit fram är genial: aldrig tidigare har forskare kunnat kartlägga kroppen på en sådan detaljerad nivå.

En omstörtande innovationer

Den teknik som Joakim Lundeberg, tillsammans med professor Jonas Frisén och postdoktor Patrik Ståhl, nu tar fram i det Wallenbergfinansierade projektet ”Spatial transcriptomics of the brain” kommer sannolikt revolutionera synen på kroppens vävnader.

För att förstå hur en vävnad fungerar behöver forskare veta vilka gener som är aktiva. Tidigare har forskare renat fram celler från vävnaden och slagit ihop dem. De har tittat på cellerna i klump och fått reda på hur de fungerar – i genomsnitt.

Det unika med Joakim Lundebergs metod är att forskarna kan studera genaktiviteten i varje enskild cell i en vävnadsdel. De kommer därför på ett helt annat vis kunna förstå sig på hur celler samarbetar för att skapa en helhet.

Till en början ska de studera vårt tänkande organ:

– Vi ska på ett väldigt storskaligt sätt kartlägga de gener som är aktiva i hjärnan. Vi ska beskriva alla celler i hjärnan utifrån deras genaktivitet, säger Joakim Lundeberg.

Traditionell patologi kombineras med modern bioteknik

Han skildrar den teknik som hans forskagrupp utvecklar som en sammansmältning mellan traditionell patologi, där läkare studerar tunna snitt av en vävnad i mikroskop, och modern bioteknik där man använder chip för storskalig kartläggning av gener. De belägger mikroskopglaset med något som kan liknas vid molekylärbiologiska fiskespön. Dessa består av RNA-molekyler, en kemisk kusin till den DNA-molekyl som bygger våra gener.

När en gen är aktiv i en cell skapas en kopia av genen i just RNA. Denna kopia kallas för budbärar-RNA. De molekylärbiologiska fiskespöna på mikroskopglaset är konstruerade så att de kan fånga upp alla budbärar-RNA i en cell. Dessutom skiljer sig alla fiskespön som finns i rutor om 13x13 mikrometer från alla andra fiskespön på mikroskopglaset. Varje ruta har sin adresslapp. Det här gör att forskarna i sina genanalyser kan sortera upp allt material.

De vet vilka budbärar-RNA som kommer från vilken del av mikroskopglaset. När de tittar på mikroskopbilden kan de se exakt vilken cell som låg på den rutan. Därmed vet de exakt vilka gener som är aktiva i olika celler.

– Det här chipet är fem gånger fem millimeter och är uppdelat i 135 000 olika små rutor. Så här kan vi analysera 135 000 celler åt gången. Men om vi kan tillverka ett chip med två miljoner rutor där vi kan titta på två miljoner celler i ett försök, säger Joakim Lundeberg när han pekar på den Afrikaformade luktbulben.

Kommer revolutionera synen på kroppen

Hans forskargrupp ska nu studera alla hjärnans viktiga delar och skapa en atlas över cellers genuttryck. De kommer ta upp tävlan med ett likartat projekt som pågår i USA där forskarna använder en klumpigare metod.

– De tittar på en gen i taget och behöver göra 20 000 experiment för varje del av hjärnan. Det tar en enorm tid, säger Joakim Lundeberg.

Det amerikanska projektet har en budget på 500 miljoner dollar. Forskargruppen på SciLifeLab kommer göra samma sak betydligt mycket snabbare för en bråkdel av pengarna. Och när själva atlasen är på plats kommer de börja studera olika sjukdomstillstånd, till exempel Parkinsons, cancer och schizofreni. Metoden går också att använda på andra vävnader i kroppen. Det är ett helt nytt verktyg som kommer generera kunskap forskare tidigare bara har kunnat drömma om.

Text Ann Fernholm
Bild Magnus Bergström