Här förfinas den Nobelprisbelönade metoden för vävnad

Den 10 december är det dags för Nobelprisceremonin. En av tre forskare som belönas med Nobelpriset i kemi är schweizaren Jacques Dubochet, som kom på hur vi kan blixtfrysa biomolekyler utan att det bildas iskristaller i vattnet. Genom tekniken kryo-elektronmikroskopi får vi fram detaljerade högupplösta bilder av molekylernas struktur. Den Nobelprisbelönade metoden togs vidare till Karolinska Institutet för att appliceras på biologisk vävnad av Jacques Dubochets kollega och vän Lars Norlén.

Vad tänkte du när du fick veta att Jacques Dubochet får Nobelpris?

– Det kändes fantastiskt, dels för att jag unnar honom det så innerligt. Det är en bekräftelse på att metoderna och tekniken är av värde. Jag och Jacques Dubochet samarbetade när jag gjorde min postdoc hos honom mellan 1999 och 2004. Vi har jobbat oerhört nära varandra och är fortfarande nära vänner. Efter min postdoc åkte jag tillbaka till Karolinska Institutet och byggde upp ett identiskt labb här. Jacques Dubochet är pensionerad nu men jag diskuterar alla artiklar som vi gör med honom, säger Lars Norlén.

Hur är han som forskare och person?

– Jacques Dubochet utgör det klassiska exemplet på den originella forskaren som envist har drivit sin egen linje med extrem uthållighet långt utanför mainstreamfåran. Han har alltid arbetat i små grupper och har kunnat gå sin egen väg.

Jag tycker att han är ett original på ett uteslutande positivt och genuint sätt, oerhört engagerad, entusiastisk, varm och vänlig. Han är ingen dominerande personlighet och har heller aldrig hållit någon hög profil.

Hur används kryo-elektronmikroskopi på KI?

– Vårt kryo-elektonmikroskopilaboratorium finns på institutionen för cell- och molekylärbiologi, CMB, där vi är tre forskare som undersöker hudens barriär. Det var här på CMB som vi implementerade tekniken enligt Jacques modell och senare förfinade den.

Blixtfrysningen av proteiner i lösning, som gör att man kan titta på enskilda molekyler i provrör, har haft en enorm succé världen över och den tekniken används i dag även på SciLifeLab. Men det som Jacques själv jobbade mest med på senare år var att utveckla tekniken för att kunna applicera den på celler och vävnader i sin naturliga miljö i stället för i provrör. Och det är det som jag och mina två kollegor håller på med.

Hur gör ni när ni undersöker huden?

– Vi blixtfryser en vävnadsbit från huden som vi har skurit av, oftast tar vi en liten bit hud från underarmen. Sedan skjuter vi in hudbiten i flytande kväve och fryser den så snabbt att vävnadsvattnet inte hinner bilda iskristaller. För att lyckas behöver vi frysa ner den till under minus 140 grader inom 20 millisekunder. Då stannar allt innehåll i sina exakta positioner och vattnet blir stenhårt fast behåller sin flytande form, ungefär som om man skulle få vattnet och alla fiskar i ett akvarium att stelna där de befinner sig.

Bildupplösningen inom kryo-elektronmikroskopi är relaterat till tjockleken på proverna. Hudens hornlager innehåller bara lite vatten, vilket gör att vi oftast lyckas blixtfrysa huden utan att det bildas iskristaller. För att få fram 20-30 nanometer tunna skivor av huden använder vi en nedkyld diamantkniv och snittar hudbiten. Den tunna nedfrysta skivan lägger vi på ett galler innan vi stoppar in den i ett nedkylt kryo-elektronmikroskop. Där skjuter vi elektroner på hudbiten och får ut en bild av vävnaden. I bästa fall blir upplösningen några ångström, det vill säga med molekylär upplösning.

Vad har ni förstått om hudens barriär?

– Vi har arbetat med att strukturbestämma huden på molekylärnivå i snart 20 år nu med Jacques Dubochets metod. Hudens barriär håller vattnet kvar i kroppen men hindrar också kemikalier, som till exempel läkemedel, från att komma in. Grundstrukturen lyckades vi lösa 2012. Och i år lyckades vi, genom att kombinera Jacques kryo-EM-metod med molekylärdynamisk simuleringsteknik, skapa en "levande" atommodell av hudens barriär som det går att bestämma läkemedelspenetration genom hud med.

Nu hoppas vi kunna beräkna hur en rad läkemedel lättare kan ta sig igenom huden. Att kunna ta läkemedel genom huden vore bra, eftersom de då inte behöver passera genom levern och tarmslemhinnan och orsaka biverkningar. Om modellen kan användas för att screena läkemedel genom simulering hoppas vi därmed också kunna minska försöksdjursanvändningen radikalt.

Vad betyder det för din forskargrupp att tekniken uppmärksammas?

– Vi på KI är nu långt framme när det kommer till att använda kryo-elektronmikroskopi på celler och vävnader där huden utgör en referens. Vi hoppas att man inom vetenskapsvärlden får upp ögonen för att detta är en bra metod och förstår att Sverige här är internationellt ledande.

Problemet är att mikroskopen kostar miljontals kronor. Hela proceduren är dyr, tar lång tid och tekniken kräver hög specialistkunskap. Men vill man förstå cellens struktur och funktion på molekylnivå finns det idag inget alternativ till Jacques teknik. För eller senare måste steget tas från provröret till den levande cellen, och det är här vävnadskryomikroskopin kommer in.

Text: Maja Lundbäck