Etikettarkiv: KI

Immunceller är nyckeln till framtidens medicin

Niklas Björkström, läkare och klinisk mikrobiolog vid KI. Foto: Gonzalo Irigoyen
Niklas Björkström, läkare och klinisk mikrobiolog vid KI. Foto: Gonzalo Irigoyen

Vilken exakt roll har immunceller i olika sjukdomsförlopp? Genom att studera stora mängder vävnadsprover, cell för cell, lägger Niklas Björkström och hans forskarteam pussel för att bättre förstå hur immunceller arbetar. Förhoppningen är att få mer exakta diagnoser, prognoser och att bidra till framtidens skräddarsydda behandlingar.

– Näst efter hjärnan är immunförsvaret det mest komplexa systemet i kroppen. Immunceller är permanent närvarande i alla våra organ och denna mikromiljö har en koppling till så gott som alla sjukdomar. Större kunskap om hur immunförsvaret fungerar är nyckeln till att förstå varför sjukdomar uppstår och hur vi bäst kan behandla dem, för varje enskild patient, säger Niklas Björkström, läkare och klinisk mikrobiolog.

Arbetar i gränsland
Han är verksam vid Karolinska universitetssjukhuset Huddinge och leder ett team på 20 forskare, som arbetar i gränslandet mellan laboratoriet och den kliniska sjukvården. Tack vare universitetssjukhusets goda forskningsinfrastruktur och stora patientflöde har teamet tillgång till omfattande mängder vävnadsprover, som de studerar på detaljnivå. Sjukdomar i fokus är bland annat cancer, leversjukdomar, graviditetskomplikationer, virusinfektioner och autoimmuna tillstånd.
– Vi tittar på varje cell i hög upplösning. Vilken typ av immuncell är det? Gör den vad den ska? Hur arbetar friska respektive sjuka immunceller? Hur går det till när immunceller ”kapas” av exempelvis tumörceller? De är frågor som vi söker svar på, berättar Niklas.

Individanpassad behandling
Den här kunskapen är kritisk för att skapa framtidens precisionsmedicin, där såväl diagnostik som behandling är individanpassad. Nya behandlingsformer, som monoklonala antikroppar, utnyttjar patientens eget immunförsvar genom att aktivera det för att bekämpa sjukdom. Det finns ett stort intresse för gruppens forskning från bland annat patientföreningar och läkemedelsindustrin.
– Utmaningen idag är att omsätta den solida prekliniska kunskapen i sjukvården. Det är en lång och dyr process att göra kliniska prövningar och vi behöver skapa kostnadseffektiva system för bred implementering, säger Niklas och framhåller det nationella programmet Genomic Medicine Sweden, Wallenbergsstiftelsens satsning WASP, VINNOVA:s kompetensmiljöer och Precisionsmedicinskt centrum på KI som lovvärda initiativ. Han skulle gärna se fler riktade satsningar av det slaget.
– Att specifikt titta på immunceller innebär på sikt ett paradigmskifte i hur vi förebygger, diagnostiserar och behandlar sjukdomar. Det behövs både mer forskning och strategier för att den ska nå ut och göra nytta för patienter.

Klicka här för att läsa mer om min forskning

Karolinska Institutet – Immunceller

Niklas Björkström leder en forskargrupp inom Institutionen för medicin i Huddinge som bedriver translationella immunologiska studier på naturliga mördarceller (NK-celler) och andra lymfocyter. Fokus är att förstå biologin och funktionen hos dessa celler.
Gruppen använder den senaste teknologin inom flödescytometri och bildanalys för att studera cellernas fenotyp och funktion, samt hur de påverkas av tumörmikromiljöer.

För mer information kontakta:
Niklas Björkström
niklas.bjorkstrom@ki.se

www.ki.se

Ny forskning kastar ljus på dold kvinnosjukdom

Ina Schuppe Koistinen, docent och forskare vid Karolinska Institutet. Foto: Johan Marklund
Ina Schuppe Koistinen, docent och forskare vid Karolinska Institutet. Foto: Johan Marklund

Var tredje kvinna drabbas under sin livstid av bakteriell vaginos. Trots det stora lidande som sjukdomen orsakar har forskningsinsatserna på området varit små. Det är något som Ina Schuppe Koistinen, docent och forskare vid Karolinska Institutet vill ändra på.

I ett SSF-finansierat projekt har Ina Schuppe Koistinen gjort gemensam sak med Gedea Biotech, ett Lundabaserat biotechföretag som lyckats ta fram och få patent på en antibiotikafri behandling av bakteriell vaginos.
– Vi har ett ömsesidigt forskningsintresse och började samarbeta redan för ett par år sedan. När möjligheten att söka pengar för en industridoktorand dök upp gjorde vi en gemensam ansökan som har resulterat i ett fyraårigt projekt med fokus på bakteriell vaginos, berättar Annette Säfholm, vd för Gedea Biotech.

Annette Säfholm, vd för Gedea Biotech.
Annette Säfholm, vd för Gedea Biotech.

Allvarliga konsekvenser
Bakgrunden är att det idag inte finns någon molekylär definition av vilka bakterier som tar över när infektionen är ett faktum. Behandlingsalternativen är få, oftast handlar det om antibiotika som slår ut alla bakterier och ger återfall i sjukdomen.
– Det är en sak att det svider, luktar illa och ger besvär. Men vad många inte vet är att bakteriell vaginos även kan ge konsekvenser i form av svårigheter att bli gravid, och att det finns risk för allvarliga komplikationer under graviditeten, säger Ina Schuppe Koistinen.

Flera spår
I projektet Ett mikrobiom fritt från antibiotika och bakteriell vaginos, är fokus på att i första steget definiera vad som är ett normalt mikrobiom i vaginan för att i nästa steg förstå bakteriell vaginos på molekylär nivå.
– Andra forskningsspår är att försöka hitta associationer mellan olika graviditetskomplikationer och fertilitet baserat på mikrobiom. Vi studerar även immunsvar och den mänskliga kroppens interaktion med mikrobiomet, behandlingseffekter av antibiotika samt Gedeas antibiotikafria behandling. Vi ska också fokusera på de kvinnor som har återfall och studera resistensutvecklingen mot antibiotika, berättar Ina Schuppe Koistinen.

Dataanalys
Rent praktiskt handlar projektet om avancerad dataanalys och metodutveckling.
– Vår doktorand kommer att använda sig av gensekvensering och matematisk modellering för att se statistiska skillnader i materialet. Här kommer vi att använda oss av olika typer av machine learning-algoritmer i syfte att även kunna prediktera vilka kvinnor som svarar på vilket sätt på behandling, berättar Ina Schuppe Koistinen.
Om allt går enligt plan ska projektet resultera i en klar och tydlig definition av vad bakteriell vaginos är och vilka arter av bakterier som ska adresseras vid behandling.
– Vi hoppas också att den antibiotikafria behandlingen visar sig vara så effektiv att den kan ersätta antibiotika för patientbehandling, säger Ina Schuppe Koistinen.
Annette Säfholm påpekar att vikten av att bättre kunna behandla och förebygga att vaginala infektioner återkommer.
– Det är ett jättestort gissel för patienterna. Genom att kartlägga den molekylära bakgrunden kan vi bättre förstå sjukdomen och därmed också hjälpa de som drabbas.

Skandal
Ina Schuppe Koistinen tycker att skandal är ett för svagt ord för att beskriva kunskapsläget vad gäller kvinnospecifika sjukdomar i vår tid.
– Hur många procent av läkemedelsbolagens forskning och utveckling är riktad mot kvinnospecifika sjukdomar? Fyra procent enligt Forbes! För mig är den låga andelen en stark drivkraft. Den kvinnliga kroppen ska inte behöva vara ett medicinsk mysterium. Det är dags att vi kvinnor kräver mer forskning, bättre vård och tillgång till innovation.

KI – Vaginalt mikrobiom

Idag finns lite kunskap om hur mikrofloran i vaginan påverkar kvinnors hälsa och fertilitet. Projektet avser att undersöka hur det vaginala mikrobiomet särskiljer sig mellan friska kvinnor och kvinnor diagnosticerade med bakteriell vaginos. Därutöver studeras hur det vaginala mikrobiomet påverkas av behandling med antibiotika respektive antibiotikafri behandling. I oktober kommer boken Vulva: Fakta, myter och livsomvälvande insikter, skriven av Ina Schuppe Koistinen, ut på Bookmarks förlag.

www.ki.se
www.gedeabiotech.se

Tvärvetenskapligt finsnickeri ska ge nano-vaccin mot bakterieinfektioner

Birgitta Henriques-Normark, professor och överläkare i klinisk mikrobiologi vid Karolinska Institutet och Jerker Widengren, professor i biomolekylär fysik vid KTH. Foto: Johan Marklund
Birgitta Henriques-Normark, professor och överläkare i klinisk mikrobiologi vid Karolinska Institutet och Jerker Widengren, professor i biomolekylär fysik vid KTH. Foto: Johan Marklund

I ett tvärvetenskapligt projekt som leds av Birgitta Henriques-Normark, professor och överläkare i klinisk mikrobiologi vid Karolinska Institutet, 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.
På sikt är förhoppningen även 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
Utvecklingen av ett nano-vaccin mot bakterieinfektioner har redan kommit en bra bit på väg.
– Vi har data som tyder på att man kan få skyddseffekt och har även kommit ganska långt vad gäller karakterisering. Tanken är att använda en ganska bred approach där vi med hjälp av teknologi förstår hur dessa 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 cirka tio 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.

Karolinska Institutet – med-x vacciner

Projektet ”Nya strategier för mer verkningsfulla vacciner” är en del av SSF:s forskningsprogram Med-X, en tvärvetenskaplig satsning inom medicin och teknikvetenskap där syftet är att ge nya lösningar för kliniska behov. Forskningen leds av Birgitta Henriques-Normark, professor och överläkare vid institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi vid Karolinska Institutet och stöds med 35000000 kr under åren 2019–2024. Medverkar i projektet gör även George Sotiriou (KI, fysiker, nanopartikelvetenskap), Ali Elshaari och Val Zwiller (KTH, fysiker, kvantnanofotonik), samt detektorföretaget Single Quantum.

ki.se

Kraftsamling för tidig diagnostik av Alzheimers sjukdom

Bengt Långström, Agneta Nordberg, Robert Stefanuik och Hans Ågren. Foto: Göran Ekeberg
Bengt Långström, Agneta Nordberg, Robert Stefanuik och Hans Ågren. Foto: Göran Ekeberg

I ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt är siktet inställt på att utveckla spårmolekyler för att med PET-teknikens hjälp mäta patologiska förändringar i hjärnan. Resultatet kan leda till nya diagnostiska biomarkörer, tidig upptäckt och nya möjliga måltavlor för behandling av Alzheimers.

Nära 40 miljoner människor runt om i världen uppskattas vara drabbade av Alzheimers sjukdom. Men trots intensiv forskning finns det idag inte någon behandling som kan bota sjukdomen. En orsak är troligen att Alzheimers inte är en sjukdom utan flera.
– Idag anar vi att minnesstörningar är ett sjukdomstecken som kan leda till en rad sjukdomar. Det finns sannolikt inte en universalbehandling som fungerar på alla Alzheimerpatienter, säger Agneta Nordberg, professor vid Karolinska Institutet.
Sedan 2015 leder hon SSF-forskningsprojektet Nya biomarkörer för tidig diagnos och behandling av Alzheimers sjukdom där forskare från olika vetenskapliga discipliner tagit ett helhetsgrepp på forskningsprocessen i syfte att öka förståelsen av sjukdom, behandling och diagnostik. Under projektets gång har forskarna utifrån datorbaserade prediktionsmodeller utvecklat olika radiokemiska substanser för studier med PET-teknik, karaktäriserat nya spårmolekyler i postmortal vävnad samt studerat heterogenitet och möjliga subtyper av Alzheimers sjukdom.

In silico-studier
Hans Ågren, professor vid Uppsala universitet, arbetar med teoretiska datorsimuleringar av strukturer och funktioner hos olika patologiska proteiner. Målet är att få fram spårmolekyler som är effektiva och specifika för just de proteiner som är karaktäristiska för Alzheimers sjukdom.
– Det gäller att försöka uppnå förståelse för hur biomarkörerna fungerar, hur effektivt de binder till proteinerna och vilka andra viktiga egenskaper de har.
Forskargruppen har lyckats härleda flera intressanta molekylära markörer som sedan har utvärderats experimentellt inom projektet.
– Parallellt med in silico-studier använder vi oss också av AI och Machine Learning för att hitta algoritmer som passar bra för att förutsäga de bäst lämpade markörerna, särskilt när det gäller deras tillämpningar in vivo, säger Hans Ågren.

Syntesutveckling och testning av nya PET-spårmolekyler.
Syntesutveckling och testning av nya PET-spårmolekyler.

PET
Det slutliga målet är att få fram molekyler som är märkta med en kortlivad radionuklid som kan användas i en PET-undersökning. Och det är här som Uppsalaprofessorn Bengt Långström och Christer Halldin, KI-professor, kommer in i bilden. De är båda experter på radiokemi och har lång erfarenhet både av att utveckla kemiska strukturer och syntes av radioaktiva spårmolekyler för PET-undersökningar.
– Samarbetet med Hans Ågrens grupp har för vår del inneburit ett mer rationellt sätt att leta bland intressanta molekyler. Med hjälp av de sofistikerade screeningmetoderna kan vi snabbare komma fram till vilka spårmolekyler som besitter den önskade selektiviteten och specificiteten som gör att de kan bli användbara verktyg i klinisk forskning och möjliggöra framtagandet av läkemedel, säger Bengt Långström.
Nästa steg handlar om testning av lovande spårmolekyler för mätning av patologiska Alzheimerförändringar.
– Vår egenutvecklade PET-molekyl Alfa-7 har så här långt studerats i post-mortal human vävnad och olika djurmodeller med lovande resultat. Vi står nu på tröskeln till att få den godkänd för studier på människa, berättar Agneta Nordberg.

Spårmolekyler
Professor Eric Westman, Karolinska Institutet, expert på studier av subtyper av Alzheimerpatienter medelst PET-och MRI-undersökningar påpekar att projektet, från inledande modellering och hela vägen fram till en färdig spårmolekyl, har varit väldigt intressant.
– Kombinationen av kompetenser och att vi har arbetat parallellt i olika delar hoppas jag i slutänden ska leda till ett säkrare sätt att diagnostisera patienten.
Agneta Nordberg konstaterar att utvecklingen går fascinerande snabbt framåt och att det på senare tid har hänt en hel del inom området.
– Om fem år hoppas jag att vi har spårmolekyler som används för såväl tidig upptäckt som diagnostik och kan leda fram till en effektiv sjukdomsmodifierande behandling vid Alzheimers sjukdom.

Teoretisk in silico design av nya PET biomarkörer.
Teoretisk in silico design av nya PET biomarkörer.
Karolinska Institutet – Alzheimers-markörer

Forskningen ingår i projektet ”Nya biomarkörer vid tidig diagnos och behandling av Alzheimers sjukdom” som stöds med 33 miljoner kronor av Stiftelsen för strategisk forskning (SSF).

Kontakt: agneta.k.nordberg@ki.se
ki.se/nvs

Banbrytande biomedicinsk forskning om nanosilver

Haipeng Li, post-doc, Georgios Sotiriou, forskningsledare och Felix Geissel, doktorand. Foto: Johan Marklund
Haipeng Li, post-doc, Georgios Sotiriou, forskningsledare och Felix Geissel, doktorand. Foto: Johan Marklund

Nanomaterial kan få stor betydelse i sjukvården, bland annat för bakteriefria implantat, som målsökande transportör av läkemedel samt som sensorer. På Karolinska institutet görs banbrytande forskning i gränslandet mellan materialvetenskap och biomedicin om medicinska tillämpningar för nanopartiklar. Gruppen gör stora framsteg och kommer allt närmare möjliga tillämpningar.

Nanomaterial kan komma att revolutionera medicinsk behandling eftersom deras extremt små dimensioner gör det möjligt för dem att interagera med såväl riktigt små enheter som proteiner, DNA eller virus, men även med större enheter som celler. Sedan 2016 leder Georgios Sotiriou en forskargrupp på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi (MTC) på Karolinska Institutet, med fokus på nanopartiklars användningsområden inom hälsovården.
Projektet har tre huvudsakliga fokusområden: att utveckla nanopartiklar för nästa generations ytmaterial på implantat, som sensorer för diagnostik och annat, samt som målsökande transportörer av läkemedel.
– Vi samverkar tätt med andra discipliner, inte minst medicin. Tillsammans bidrar vi med olika perspektiv och det uppstår synergier och korsbefruktningar som är väldigt värdefulla. KI är den perfekta miljön för vår forskning, här finns både fantastisk infrastruktur och omfattande expertis, säger Georgios Sotiriou, som är civilingenjör i tillämpad fysik i botten.

Motverkar infektioner
En av de viktigaste tillämpningarna är implantat som är mer motståndskraftiga mot infektioner. I dag förlorar upp till en av tio patienter sitt implantat. Ofta sker detta på grund av infektion och dessa patienter måste behandlas med antibiotika eller i värsta fall opereras på nytt. Doktoranden Felix Geissel arbetar med att utveckla nanopartikelbeläggningar specifikt för implantat. Beläggningen består av nanostrukturerat silver som bekämpar bakterier och förebygger infektioner. Metoden kallas flame spray pyrolysis.
– Metoden har många fördelar. Vi får en stor mängd nanopartiklar, beläggningen är billig att framställa och framför allt är den väldigt effektivt mot bakterier. Våra tester visar att den inhiberade upp till 99,999 procent av bakterier. En annan fördel med vissa implantatbeläggningar är att de kan tillverkas på ett sätt som liknar mänsklig vävnad och därför kan integreras bättre i kroppen, säger Felix, vars resultat nyligen publicerades i en ansedd vetenskaplig tidskrift.
Forskarkollegan Haipeng Li, som gör sin post-doc på KI, forskar liksom Felix om silverstrukturerade nanopartiklar med flame spray pyrolysis. Men hans fokus är inte implantat, utan att utveckla sensorer.
– Vi studerar hur man kan få fram egenskaper för att mycket snabbt och kostnadseffektivt detektera toxiner och andra ämnen. Ett möjligt användningsområde är inom livsmedelsindustrin, där sensorerna på några minuter kan upptäcka pesticider. De skulle också kunna användas till att detektera läkemedelsmängd, för exakt rätt dosering. Teknologin är enkel att skala upp och till fullo reproducerbar. Det är viktigt om den ska användas i kommersiella sammanhang, förklarar Haipeng, som även han nyligen publicerat sina resultat i en prestigefull vetenskaplig tidskrift.

Stor potential
Georgios Sotiriou och hans team ligger i den absoluta frontlinjen för att utveckla nanopartiklar för biomedicinska tillämpningar och hans forskning har rönt mycket uppmärksamhet. Han får stora anslag av en rad olika finansiärer, bland annat Stiftelsen för strategisk forskning och Europeiska forskningsrådet, ERC.
– Nanoteknologin har enorm potential och silver är ett så oerhört intressant material, som har använts i tusentals år inom läkekonsten. Felix och Haipeng utgår båda från silver, men den ena forskningen studerar silvrets antimikrobiella egenskaper, medan den andra utnyttjar dess optiska egenskaper. Det är ett väldigt mångsidigt material, säger Georgios.
Hans hopp är att teamets forskning ska kunna göra verklig nytta i medicin och folkhälsoarbete. Genom att metoderna och materialen är kostnadseffektiva och skalbara kan de bli viktiga verktyg för sjukvård och läkemedelsindustrin.
– Vi arbetar inte bara med att identifiera utmaningar, utan med att förstå processer på detaljnivå. Då kan vi angripa problem ur ett rationellt helhetsperspektiv och skapa lösningar som verkligen kommer människor till godo, avslutar Georgios.

Klicka här för att läsa mer om min forskning

Karolinska Institutet – Nanopartiklar i sjukvård

Georgios Sotiriou arbetar i gränslandet mellan materialvetenskap och biomedicin och leder en forskargrupp på Karolinska Institutet. Hans forskning om nanopartiklars användning inom sjukvården har tre fokusområden: för diagnostik, för att skapa nya ytmaterial hos implantat för att minska infektioner samt som transportörer av läkemedel.

Kontakt:
E-post: georgios.sotiriou@ki.se
sotirioulab.org

Länkar till nyligen publicerade artiklar:

doi.org/10.1016/j.jcis.2021.11.038
doi.org/10.1002/advs.202201133

ChAMP-projektet för biomarkörer som underlättar astmadiagnos

Sven-Erik Dahlén, professor i astmaforskning (Foto: Mattias Ahlm), Anna James, forskare, Anna-Carin Olin, överläkare (Foto: Magnus Länje för Hjärt-Lungfonden), Craig Wheelock, docent i bioanalys (Foto: Ole Hedin via Hjärt-Lungfonden) och Valentyna Yasinska (mitten), bitr. överläkare och doktorand, omgiven av studiens eldsjälar Ann-Sofie Lantz (tv) och Eva Wallén Nielsen (th) (Foto: Johan Marklund).
Sven-Erik Dahlén, professor i astmaforskning (Foto: Mattias Ahlm), Anna James, forskare, Anna-Carin Olin, överläkare (Foto: Magnus Länje för Hjärt-Lungfonden), Craig Wheelock, docent i bioanalys (Foto: Ole Hedin via Hjärt-Lungfonden) och Valentyna Yasinska (mitten), bitr. överläkare och doktorand, omgiven av studiens eldsjälar Ann-Sofie Lantz (tv) och Eva Wallén Nielsen (th) (Foto: Johan Marklund).

Forskare från olika vetenskapliga discipliner har gjort gemensam sak och lyckats identifiera biomarkörer som kan leda till en mer precis diagnos och behandling av astma. Redan om ett par år kan fynden appliceras i klinik och komma till nytta för astmapatienter världen över.

Astma är en av de största folksjukdomarna, omkring tio procent av världens befolkning är drabbad. Sjukdomen är också svår att diagnostisera; fram till dags dato har det inte funnits några tester som entydigt diagnostiserar astma. Mot den bakgrunden samlade Sven-Erik Dahlén, professor i astmaforskning vid Karolinska Institutet, för sex år sedan ihop ett forskarlag av erfarna astmaforskare och sökte pengar hos SSF.
– Siktet har varit inställt på att utveckla minimalt invasiva biomarkörer som enkelt kan användas inom sjukvården och för egenvård. Under de gångna åren har vi utvärderat olika kandidatmarkörer som kan mätas i utandningsluft, saliv, urin och blod.
Forskarna i projektet har format arbetsgrupper som arbetat med olika bitar av utmaningen.
– Under de första tre åren utvecklades en del analysplattformar med hjälp av tidigare insamlat patientmaterial. Redan då genererade projektet en del intressanta svar, berättar Sven-Erik Dahlén.

Real life
I nästa steg startades BIOCROSS-studien, en real life-studie som omfattar patienter som på grundval av kliniska indikationer behandlas med nya biologiska läkemedel.
– Vi har undersökt olika patientgrupper med lungsjukdomar i syfte att hitta biomarkörer som kan skilja de olika grupperna åt, berättar Valentyna Yasinska, bitr. överläkare och doktorand vid Karolinska Institutet.
Fokus har varit patienter med svår astma, och fyra år efter att den första patienten inkluderades visar studien mycket lovande resultat.
– Vi har sett en koppling mellan en inflammation som drabbar svårt sjuka astmapatienter och vissa biomarkörer i urin.
Craig Wheelock, docent i bioanalys vid Karolinska Institutet, och hans forskargrupp har sedan länge använt masspektrometri för att analysera signal­molekyler vid lungsjukdomar.
– Det användbara med våra fynd är att vi med tiden, kanske med något så enkelt som ett urinprov, kan identifiera vilken patient med svår astma som skulle passa bra för en viss biologisk läkemedelsbehandling. På sikt är målet att kunna identifiera markörer för alla olika typer av astma.

Söker i plasma
Även forskaren Anna James i Sven-Erik Dahléns grupp har varit en viktig del av projektet.
– Vi har ansvarat för proteinmätningar i lättillgängliga kroppsvätskor och haft fokus på plasma för att se om vi kan hitta olika mönster av proteiner i blodet som skiljer mellan olika typer av astma. Mätningarna har skett i samarbete med Peter Nilsson och Human Protein Atlas på SciLifeLab.
Forskargruppen har under våren skickat in en artikel som bygger på en studie med nästan 700 prover från patienter med lindrig och svår astma.
– Studien visar många nya biomarkörspår som vi nu ska följa upp. Om vi får säkra paneler av mätningar i plasma kan våra fynd på ett par års sikt appliceras i klinik och komma till nytta för astmapatienter världen över, säger Anna James.

Utandningsluft
Ytterligare ett forskningsspår är sökandet efter biomarkörer i utandningsluft.
– Vi har utvecklat PExA-metoden (Particles in exhaled air) för att samla in biologiskt material från små luftvägar, vilket tidigare endast varit möjligt med invasiva metoder, berättar Anna-Carin Olin, överläkare och adjungerad professor i arbets- och miljömedicin vid Göteborgs universitet.
Metoden gör det möjligt att genom ett enkelt utandningsprov få ett prov från den vätska som täcker de allra minsta luftvägarna.
– Med hjälp av provet kan vi identifiera olika patologiska processer och bättre karakterisera pågående inflammation. Ett möjligt användningsområde skulle kunna bli att identifiera personer som kan svara på specifika typer av biologisk behandling.
För framtiden är förhoppningen att metoden ska bidra till en mer skräddarsydd behandling av astmapatienter och underlätta val av behandling.
– Jag hoppas också att metoden kan medverka till tidig upptäckt av astma så att vi tidigare kan sätta in rätt behandling och i bästa fall hejda hela sjukdomsutvecklingen.

Karolinska Institutet – ChAMP

ChAMP – CfA highlights Asthma Markers of Phenotype – är ett samarbetsprojekt mellan KI, Uppsala universitet, Göteborgs universitet, KTH, SciLifeLab och AstraZeneca där projektet Icke-invasiva vårdvänliga biomarkörer för astma är ett tvärdisciplinärt SSF-projekt under ledning av professor Sven-Erik Dahlén vid KI. Projektet har beviljats anslag med 35000000 kronor under åren 2015–2021 och har under de gångna åren identifierat nya biomarkörer som förbättrar diagnos och behandling av astma, vilket kan bidra till minskade sjukvårdskostnader, lägre sjukskrivning och bättre livskvalitet för patienter med astma.

www.ki.se

Pionjärer för nanomaterial inom biomedicin

Padryk Merkl, doktorand och Georgios Sotiriou, forskningsledare på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi på Karolinska Institutet. Foto: Johan Marklund
Padryk Merkl, doktorand och Georgios Sotiriou, forskningsledare på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi på Karolinska Institutet. Foto: Johan Marklund

Svårbehandlade infektioner vid implantat är vanliga och utgör en stor risk för patienter. På Karolinska Institutet utförs spjutspetsforskning i gränslandet mellan biomedicin och materialvetenskap, där nanomaterial kan få en tillämpning inom detta och andra angelägna medicinska områden.

Nanomaterial har stor potential inom medicin eftersom deras extremt små dimensioner gör det möjligt för dem att interagera med såväl riktigt små enheter som proteiner, DNA eller virus, men även med större enheter som celler. Sedan 2016 leder Georgios Sotiriou en forskargrupp på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi (MTC) på Karolinska Institutet, med fokus på nanopartiklars användningsområden inom hälsovården.
Projektet finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning och har tre huvudsakliga fokusområden: att utveckla nanopartiklar för snabb och exakt diagnostik, nanopartiklar som målsökande transportörer av läkemedel, samt slutligen att utveckla dem för nästa generations ytmaterial för implantat.

Nära infrarött ljus
I detta sistnämnda område har forskargruppen nyligen publicerat lovande resultat.
– En stor risk vid alla former av implantat är infektion. Bakterier bildar ofta en slemmig hinna som kallas biofilm, som är mycket resistent mot antibiotika och annan behandling. Detta leder ofta till att implantatet måste avlägsnas. Nu har vi sett att nära infraröd elektromagnetisk strålning (NIR) i kombination med en särskild ytbehandling av implantatet med nanosilver kan vara ett sätt att eliminera biofilmen. Laserljuset hettar upp implantatet så att bakterierna dör, berättar doktoranden Padryk Merkl, som har examen i kemisk fysik från universitetet i Edinburg.
Ytbehandlingen med nanosilver är nödvändig för att NIR ska absorberas i implantatet och inte bara gå rakt igenom vävnaden. Nanosilvret täcks i sin tur av silikon, så att det inte ska läcka ut i kroppen. Tekniken kan lätt skalas upp kraftigt för användning i kliniska studier och, så småningom, kommersiell tillverkning av implantat.

Kontrollera pH-värde
Forskarteamet har även utvecklat en teknik för att mäta pH-värdet i biofilmen kring ett implantat, något som tidigare visat sig vara svårt. pH-värdet är en viktig markör, eftersom bakterier producerar en sur mikromiljö. Denna kunskap kan användas för att designa material som riktar sig mot biofilmen. Genom en bättre förståelse för surhetsgrad kan man skapa ett ytmaterial som frigör läkemedel när biofilmen bildas. Implantat täcks ofta med kalciumfosfat vid tillverkningen. Forskarna har därför skapat en specialdesignad nanopartikel av kalciumfosfat där man kan bedöma pH-värdet genom att belysa partikeln med ultraviolett ljus. Eftersom nanopartikeln är fosforescerande kan pH-värdet mätas utefter hur starkt det utsända ljuset är. Återigen är detta en metod som lätt kan skalas upp.
Tanken är att dessa teknologier i framtiden kan utnyttjas vid design av implantat, så att implantaten redan från början har egenskaper som motverkar infektion. Därmed elimineras eller reduceras behovet av antibiotika och plågsamma och riskfyllda kirurgiska interventioner.

Perfekt miljö på KI
– Vi är väldigt nöjda med resultaten hittills. KI är en perfekt miljö för den här typen av tvärdisciplinär forskning. Här har vi tillgång till ledande experter inom biomedicin, som alla bidrar med sina perspektiv. Den sortens samverkan ger stora synergieffekter. Vi har också tillgång till fantastisk infrastruktur och säkerhetsanpassad labbmiljö där vi kan testa kliniskt relevanta bakterier. Den här typen av forskning går inte att bedriva på ett materiallabb, säger Georgios Sotiriou, som är civilingenjör i tillämpad fysik i botten och har en stark tvärdiciplinär drivkraft för att kombinera avancerad materialvetenskap med biomedicin.
Georgios forskning ligger i frontlinjen för att utveckla nanopartiklar för biomedicinska tillämpningar och han har fått stora forskningsanslag från olika finansiärer, förutom SSF bland annat Europeiska forskningsrådet, ERC. Han vill gärna lyfta fram SSF:s program Framtidens forskningsledare, där han tillsammans med andra framstående unga forskare får betydande bidrag och ledarskapsutbildning i form av seminarier, workshops och studieresor.
– Det är ett utmärkt program, där jag får möjlighet att skapa värdefulla nätverk och en stark plattform för min framtida forskargärning.

Nanopartiklar av plasmoniskt silver har olika färg beroende på deras morfologi. Foto: Johan Marklund
Nanopartiklar av plasmoniskt silver har olika färg beroende på deras morfologi. Foto: Johan Marklund
Karolinska Institutet – nanopartiklar inom sjukvården

Georgios Sotiriou arbetar i gränslandet mellan materialvetenskap och biomedicin och leder en forskargrupp på Karolinska Institutet. Hans forskning om nanopartiklars användning inom sjukvården har tre fokusområden: för diagnostik, för att skapa nya ytmaterial hos implantat för att minska infektioner samt som transportörer av läkemedel.

Kontakt:
E-post: georgios.sotiriou@ki.se
sotirioulab.org

Banbrytande forskning inom neuropsykiatri

Kristiina Tammimies forskargrupp vill skapa en riskmodell för att tidigt fånga upp barn med NPF. Foto: Johan Marklund
Kristiina Tammimies forskargrupp vill skapa en riskmodell för att tidigt fånga upp barn med NPF. Foto: Johan Marklund

Vid Karolinska Institutet studerar Kristiina Tammimies forskargrupp genetiska och andra riskfaktorer för neuropsykiatriska funktionsnedsättningar (NPF). Målet är att hälsovården tidigt ska kunna upptäcka barn med NPF.

Kristiina Tammimies har studerat genetik i Finland, doktorerat inom molekylär genetik på Karolinska Institutet och gjort sin postdoc i Kanada. Det var i Toronto hennes intresse väcktes för hur genetiska riskfaktorer för NPF kan användas mer i kliniskt syfte. Idag leder hon en forskningsgrupp vid Karolinska Institutet med anslag från SSF.
NPF är en samlingsbenämning för vanliga neuropsykiatriska diagnoser som ställs under barndomen. De vanligaste diagnoserna är autismspektrumtillstånd och ADHD, som kan medföra omfattande problem att hantera vardagen.

Tidig diagnos ger bättre utfall
– Vår forskning syftar till att förstå genetiska faktorer som bidrar till att ett barn utvecklar neuropsykiatriska diagnoser. Vi tittar också på miljöfaktorer eller medicinska orsaker. Målet är att kombinera olika riskfaktorer och genetiska profiler i en riskmodell för att kunna ge barnen en tidig och mer specifik diagnos. Forskning visar att tidig upptäckt och diagnos samt en skräddarsydd behandling ger bättre utfall, säger Kristiina Tammimies.
Forskare inom NPF samarbetar över landsgränserna för att hjälpa varandra. I USA och Kanada finns stora databaser med genetisk information som Kristiina Tammimies forskargrupp får ta del av.
–Det är ovärderligt att vi kan använda information som redan finns tillsammans med vår egen forskning. Dessutom tillhör vi ett kunskapscenter som heter Center of Neurodevelopmental Disorders at Karolinska Institutet (KIND), där vi samarbetar med andra forskargrupper för att bedriva multidisciplinär forskning tillsammans.

Riskmodell för kliniskt arbete
– Vår modell kommer att byggas med hjälp av avancerade algoritmer och statistiska analyser. Vi använder vår genetiska kunskap och lägger till annan information från forskarvärlden. Tanken är att den riskmodell vi tar fram enkelt ska kunna användas av barnhälso-mottagningar. Vi kommer att ha ett kliniskt samarbete för att försäkra oss om att modellen fungerar i verkligheten.
Kristiina Tammimies forskningsprojekt befinner sig i en tidig fas men förhoppningarna är stora att gruppens arbete ska hjälpa barn med NPF till ett bättre liv.

KI – Neuropsykiatri

Kristiina Tammimies forskargrupp på Karolinska Institutet studerar hur genetiska variationer påverkar symptom, svårighetsgrad och interventionsresultat hos individer med NPF. Dessutom arbetar gruppen för att identifiera molekylära och cellulära vägar som påverkas av genetiska och miljömässiga riskfaktorer för NPF med hjälp av neuronala celler.

Kristiina Tammimies
Tel: 076-2379741
E-post: kristiina.tammimies@ki.se
ki.se/en/kbh/tammimies-lab

Nanopartiklar kan revolutionera sjukvården

Georgios Sotiriou, forskare på Karolinska Institutet med fokus på nanopartiklars användningsområden inom klinisk medicin. Foto: Johan Marklund
Georgios Sotiriou, forskare på Karolinska Institutet med fokus på nanopartiklars användningsområden inom klinisk medicin. Foto: Johan Marklund

Nanomaterial har många spännande tillämpningar inom sjukvården – för diagnostik, minskad infektionsrisk vid implantat och för att skapa nya sätt att ge läkemedelsbehandling. I frontlinjen för den här forskningen ligger Georgios Sotiriou vid Karolinska Institutet, som kombinerar ingenjörsvetenskap med biomedicin.

Georgios Sotiriou är civilingenjör i tillämpad fysik i botten, men upptäckte snart han ville arbeta över disciplingränserna och kombinera sin tekniska materialexpertis med biomedicin. Efter examen i tillämpad fysik från National Technical University i Atén gjorde han sina doktorandstudier vid ETH i Zürich och post-doc vid T.H. Chan School of Public Health på Harvard-universitetet. Sedan 2016 leder han en forskargrupp på Institutionen för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi (MTC) på Karolinska Institutet, med fokus på nanopartiklars användningsområden inom klinisk medicin.
– I gränssnittet mellan materialvetenskap och biomedicin kan vår forskning verkligen göra nytta i samhället och komma människor till godo. Det är en utmaning för mig som ingenjör att arbeta med kliniska medicinska tillämpningar, för vi talar delvis olika språk. Men det finns en stor öppenhet inom forskargruppen och vi ser att det finns fantastiska möjligheter för nanomaterial inom sjukvården. KI är dessutom en perfekt plats för den här typen av tvärdisciplinär forskning, säger han.

Tre fokusområden
En fördel med nanomaterial i biomedicinska applikationer är att nanopartiklarna är så små att de har dimensioner som liknar biologiska enheter i kroppen. Det gör att de kan interagera med såväl riktigt små enheter som proteiner, DNA eller virus, men även med större enheter som celler.
Georgios forskning har tre huvudsakliga fokusområden och möjliga kliniska tillämpningar. Den första är som diagnostiskt instrument. Inom detta område utvecklar forskargruppen nanopartiklar med optiska egenskaper som kan reagera på sjukdomsmarkörer genom exempelvis olika färger.
– Detta möjliggör snabb, precis och kostnadseffektiv diagnos för en rad olika sjukdomar, från infektioner till cancer. En stor fördel när det gäller att diagnosticera infektioner är vi kan reducera användandet av bredspektrum-antibiotika eftersom vi får en mycket mer specifik diagnos, förklarar Georgios.
Det andra tillämpningsområdet är att utveckla nästa generations ytmaterial för implantat, för att minska risken för bakterietillväxt. Infektioner är en av de stora riskerna med implantat och drabbar upp till tio procent av patienterna. Smarta plåster som innehåller nanopartiklar med särskilda värmeegenskaper är en annan möjlighet, för att snabbt kunna motverka hudinfektioner.
– Även inom dessa tillämpningar är ett mål att minska antibiotikabehovet och därmed motverka resistens. Vi minskar också lidandet som den här typen av infektioner förorsakar den individuella patienten och de stora kostnaderna som de medför för samhället, säger Georgios.
Det tredje fokusområdet är nanopartiklar som målsökande transportörer av biomedicin, så att läkemedlet direkt kan transporteras till de celler eller organ där det behövs, utan att skada andra delar av kroppen eller attackeras av immunförsvaret på vägen. Eftersom biologiska läkemedel nu kommer på bred front har denna tillämpning stor framtida potential.

Tillverka i stor skala
Georgios och hans teams forskning ligger i den absoluta frontlinjen. Men det räcker inte med framgång i en begränsad laboratoriemiljö. Nanopartiklarna måste även kunna tillverkas i tillräckligt stor kvantitet för att läkemedelsbolagen och sjukvården ska kunna testa dem.
– Genom särskilda processer har vi förmågan att kraftigt skala upp produktionen av lovande nanopartiklar, så att de faktiskt kan komma till användning i kliniska studier och annat. Den aspekten är avgörande för om produkterna har en chans att kommersialiseras och komma till nytta, framhåller Georgios.
Georgios forskning har uppmärksammats med många anslag och stipendier. I år utsågs han tillsammans med 19 andra unga framstående forskare till Framtidens forskningsledare av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF. Målet med programmet är att stödja unga forskare att bli framtidens ledare för akademisk och/eller industriell forskning i Sverige. Han har även fått betydande anslag från Europeiska forskningsrådet, ERC.
– Det är hedrande och jag är väldigt tacksam. Dessa anslag förser min forsk-argrupp med de nödvändiga resurserna att utföra denna tvärvetenskapliga forskning. Det handlar även om de många dörrar som öppnas och möjligheterna till nya nätverk och samarbeten.

KI – Nanopartiklar inom sjukvården

Georgios Sotiriou arbetar i gränslandet mellan materialvetenskap och biomedicin och leder en forskargrupp på Karolinska Institutet. Hans forskning om nanopartiklars användning inom sjukvården har tre fokusområden: för diagnostik, för att skapa nya ytmaterial hos implantat för att minska infektioner samt som transportörer av bioläkemedel.

Kontakt:
E-post: georgios.sotiriou@ki.se
https://sotirioulab.org/

Vi är redo för nästa steg

Ulrika Warpman Berglund och Jeffrey Yachnin. Jeffrey leder den kliniska studien och Ulrika leder den preklinska forskningen och hela biomarkörforskningen. Foto: Johan Marklund

Ulrika Warpman Berglund leder ett SSF-finansierat projekt som grundar sig på ett helt nytt sätt att behandla cancer där man istället för att slå mot en specifik onkogen angriper tumörmiljön.
– Vi har identifierat ett antal möjliga biomarkörer och är nu redo för nästa steg.

Ställföreträdande forskningsgruppchef Ulrika Warpman Berglund arbetar tillsammans med professor Thomas Helleday och deras forskargrupp med att få fram en helt ny typ av anticancerbehandling. I stället för att slå mot en specifik genetisk defekt i cancercellen angriper deras substans tumörmiljön, ett angreppssätt som i tidiga cellstudier visade sig vara effektivt och där många olika cancertumörer tycktes svara på behandlingen. Nästa steg blev att se hur det hela fungerade i kliniken, på riktiga patienter. Men eftersom substansen angriper tumörmiljön fanns ingen självklar biomarkör som kunde visa vilka patienter som kan ha nytta av behandlingen. Och det är här som anlaget från SSF kommer in i bilden.
– Tillsammans med Jeffrey Yachnin och Craig Wheelock har vi ägnat de senaste fem åren att leta efter möjliga biomarkörer för att kunna påvisa effekt, hitta eventuella biverkningar och identifiera de patienter som kommer att svara bäst på behandlingen, berättar Ulrika Warpman Berglund.
Unikt för detta projekt är att biomarkörforskningen löpt parallellt med läkemedelsutvecklingen.
– I och med det fick vi mer och mer förståelse för verkningsmekanismerna och hur vår substans fungerade. Den kunskapen kunde vi ta in i projektet för att försöka förstå och plocka upp biomarkörer som verkade vara lämpliga.

Fas I-studie
Efter åratal av cellinjeforskning och öppna screens övergick forskningen så småningom till arbete med primär vävnad från patienter för att för tre år sedan resultera i en klinisk fas I-studie.
– Grunden i fas I-studier är säkerhet, där man börjar med låga doser för att sedan trappa upp och sluta när biverkningarna blir för många. Dit har vi ännu inte nått, men vi har fått preliminära spännande data som vi hoppas kunna följa upp under hösten.
SSF-projektet har nu nått sitt slut där målet är uppnått genom att forskarna lyckats identifiera ett antal möjliga biomarkörer för sin substans.
– Dessa fynd vill vi nu följa upp och är i full färd med att hitta finansiärer för fortsättningen. Målet är att ta våra fynd hela vägen fram till klinik. Det är en lång resa men drivkraften är att utveckla en ny typ av behandling med medföljande biomarkörer för människor som drabbas av cancer. Att lyckas med det vore fantastiskt.

KI Kliniska biomarkörer

I SSF-projektet Clinical biomarkers for ROS-based anticancer therapy har forskargruppen lyckats identifiera och validera möjliga biomarkörer för att identifiera effekt, biverkningar, och patienter som svarar på ett helt nytt sätt att angripa cancer.

Ulrika Warpman Berglund
E-post: ulrika.berglund@ki.se
www.ki.se