Ny 3D-avbildningsmetod för tumörprover ska användas för att studera covid-19
Forskare vid Karolinska Institutet har utvecklat en ny metod som på molekylär nivå kan analysera intakta tumörprover i tre dimensioner (3D). Forskningen är ett samarbete med Karolinska Universitetssjukhuset och publiceras i Nature Biomedical Engineering. Nu planerar forskarna att använda metoden för att studera vävnadsprover från covid-19-patienter, med förhoppning om att den kan ge svar på var och hur det nya coronaviruset angriper olika organ.
När cancer uppstår beror det på att vitala molekylära mekanismer i cellen slutar fungera normalt. För att bättre förstå dessa patologiska förlopp måste man studera vad som sker i tumörceller på RNA- och proteinnivå. RNA fungerar som budbärare mellan generna och de proteiner som generna kodar för, och det finns flera olika typer av RNA som är involverade i cancer.
Forskarna har tillämpat en ny avbildningsteknik, som används inom grundforskning, för att studera hel tumörvävnad från människa. Vävnadsprovet eller tumören bevaras alltså intakt och behöver inte delas upp i mindre delar. Tekniken går ut på att göra vävnaden genomskinlig, färga in olika typer av RNA och proteiner och därefter avbilda vävnaden i tre dimensioner med ett så kallat light-sheet-mikroskop. På så vis går det att avgöra var i tumören det finns onormala mängder RNA eller protein. Metoden kallas DIIFCO och ger förbättrade möjligheter att studera cancerrelaterade mekanismer och att mer exakt diagnostisera vävnadsprover från cancerpatienter (se figur 1).
Mer exakt cancerdiagnostik
– Inom kliniken har man under många år använt inmärkning av specifika proteiner för att diagnostisera vävnadsprover från tumörer. Att specifikt kunna färga RNA i intakta tumörprover erbjuder helt nya möjligheter att mer exakt diagnostisera preparat i kliniken, säger Per Uhlén, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Karolinska Institutet som lett studien.
I samarbete med patologer och kirurger på Karolinska Universitetssjukhuset har forskarna studerat tumörprover. Genom att analysera de digitala 3D-bilderna av tumörerna med avancerade bildbehandlingsprogram har forskarna lyckats identifiera varje enskild cell i tumören och analysera hur cellerna rumsligt grupperar sig. Analysen visar också hur specifika cellpopulationer förhåller sig till tumörens blodkärlsstruktur (se figur 2a). I ett annat experiment studerades förekomsten av så kallade cancerstamceller i en mycket aggressiv form av bröstcancer, genom att färga in specifikt RNA för cancerstamceller, PROM1. Cancertumörer består av en mycket liten del cancerstamceller som tros spela en betydande roll för uppkomsten av cancer. DIIFCO-metoden kunde påvisa små kluster av cancerstamceller djup inne i tumörprover från bröstcancerpatienter (se figur 2b).
Ska studera covid-19-prover
Med DIIFCO-metoden kan RNA och proteiner studeras med hög upplösning i all mänsklig vävnad och nu planerar forskarna att använda sin metod för att studera vävnadsprover från covid-19-patienter. PCR-analyser där RNA från SARS-CoV-2-viruset detekteras används frekvent inom sjukvården för att testa om en patient har covid-19. Forskarna hoppas att den nya avbildningstekniken ska kunna detektera exakt var i vävnaderna virus-RNA befinner sig.
– Vårt laboratorium är ett av de få i världen som kan studera intakta vävnadsprover från människa. Detta är extra utmanande när vävnaden kommer från äldre patienter. Jag tror och hoppas att vår metod kan ge viktiga svar på var och hur det nya coronaviruset angriper olika organ, säger Per Uhlén.
Studien finansierades av Cancerfonden, Barncancerfonden, Hjärnfonden och Vetenskapsrådet.
Publikation
“Three-dimensional single-cell imaging for the analysis of RNA and protein expression in intact tumour biopsies”.
Nobuyuki Tanaka, Shigeaki Kanatani, Dagmara Kaczynska, Keishiro Fukumoto, Lauri Louhivuori, Tomohiro Mizutani, Oded Kopper, Pauliina Kronqvist, Stephanie Robertson, Claes Lindh, Lorand Kis, Robin Pronk, Naoya Niwa, Kazuhiro Matsumoto, Mototsugu Oya, Ayako Miyakawa, Anna Falk, Johan Hartman, Cecilia Sahlgren, Hans Clevers, Per Uhlén. Nature Biomedical Engineering, online 29 juni 2020, doi: 10.1038/s41551-020-0576-z.