Tvärvetenskapligt finsnickeri ska ge nano-vaccin mot bakterieinfektioner

I ett tvärvetenskapligt projekt som leds av Birgitta Henriques-Normark, professor och överläkare i klinisk mikrobiologi vid Karolinska Institutet och Karolinska universitetssjukhuset, är siktet inställt på att med hjälp av exosomer, nanopartiklar från bakterier, utveckla en ny kategori vacciner mot bakteriella infektioner.

Infektionssjukdomar är ett omfattande globalt problem som skördar miljontals människoliv årligen. Dagens vacciner ger inte fullgott skydd mot de vanligaste sjukdomsalstrande bakterierna. Och det är här som Birgitta Henriques-Normarks forskning kommer in i bilden. Projektet bygger på den relativt nya upptäckten att bakterier kan producera exosomer, nanopartiklar i form av små membranblåsor, som gör att bakterierna kan kommunicera med omgivningen.
– Vi har funnit att vi kan använda dessa bakteriella ”blåsor” för immunisering och på så vis skydda kroppen mot bakterieangrepp, förklarar Birgitta Henriques-Normark.

Visualisering
I nästa steg ska forskarna med hjälp av olika visualiseringstekniker försöka karakterisera de bakteriella exosomerna.
– När vi vet mer om hur de ser ut och hur de är uppbyggda och vad det är som gör att de kan skydda mot infektion kan vi utifrån dessa kunskaper skapa nano-vacciner mot bakterieinfektioner.
I första skedet har forskarna riktat in sig på bakterier som ger upphov till luftvägsinfektioner, vissa hudinfektioner samt blodförgiftning och hjärnhinneinflammation.
– Den gemensamma nämnaren, förutom att bakterierna orsakar stort lidande, är att samtliga har liknande uppbyggnad av sin cellvägg och att de producerar exosomer, vilket är en förutsättning för att vi ska kunna utveckla den här typen av nano-vaccin, säger Birgitta Henriques-Normark.

Tvärvetenskapligt
Forskningen sker i nära samarbete med Jerker Widengren, professor i biomolekylär fysik vid KTH. Han leder en forskargrupp som arbetar med att öka känslighet och upplösning av fluorescensbaserad spektroskopi och mikroskopi.
– Med hjälp av dessa tekniker kan vi inte bara detektera enstaka molekyler utan även se var de är i cellerna, hur de rör sig och interagerar, vilket öppnar spännande möjligheter inom det biomedicinska området.
Till saken hör att Jerker Widengren även har en läkarexamen i bagaget.
– Min bakgrund gör det extra roligt att jobba med våra metoder för den här typen av applikationer där vi adresserar en så tydlig patientnytta.

Söker ledtrådar
I just det här projektet används de superhögupplösande mikroskopi- och spektrometrimetoderna för att studera bakteriernas exosomer, vars storleksordning är en tusendel av bredden på ett hårstrå. Att studera dem är ett finsnickeri som kan bidra till att både förebygga sjukdom och rädda liv.
– Idag har vi tillgång till superhögupplösande fluorescensbaserade metoder som gör att vi kan ta bilder av exosomer och se hur de är fördelade och binder till varandra, vilket i nästa steg kan ge ledtrådar till vilken roll de har i invasivitet och sjukdomsalstrande förmåga, säger Jerker Widengren.
Vi har nu börjat att applicera kvantdetektorer i projektet.
– Vitsen med det är utökade möjligheter att noga kunna undersöka olika sjukdomsförlopp på molekylär nivå, att kunna studera exosomer inte bara i vattenlösningar, utan även i blod, och följa deras resa i kroppen.

Framtid
Georgios Sotiriou är en mycket viktig partner i detta tvärvetenskapliga projekt. Han är specialist inom nanovetenskap och hans kompetens krävs för att framställa nano-vacciner. Utvecklingen av ett nano-vaccin mot bakterieinfektioner har redan kommit en bra bit på väg.
– Vi har data som visar att vi kan få ett mycket bra skydd mot allvarlig pneumokockinfektion och har även kommit ganska långt vad gäller karakterisering. Tanken är att använda en bred multidisciplinär approach med olika teknologier för att förstå hur exosomer kan användas som vaccin och vad det är som gör att de ger skydd, förklarar Birgitta Henriques-Normark.
Om allt går enligt plan hoppas hon på att om 5–10 år ha nått fram till klinisk prövning av nano-vaccinet.
– Att lyckas skulle betyda enormt mycket på många olika plan. För mig handlar det om att bota och förebygga luftvägsinfektioner som är en stor anledning till död och till sjuklighet i världen. Dessa vacciner kan även bli en positiv kraft i kampen mot antibiotikaresistens.