Nu har forskere ved Aarhus Universitet imidlertid udviklet en ny teknik til at kunne manipulere med en celles form og struktur indefra. Det kan de gøre i laboratoriet, men muligvis også inde i mennesker.

»Med denne teknik har vi udviklet en helt ny måde til at kunne manipulere med formen og funktionen i celler. Det er første gang, at vi kan manipulere ved de mekaniske egenskaber inde i enkelte celler, hvilket rummer et stort potentiale inden for forskning og behandling af sygdom,« fortæller en af forskerne bag udviklingen af teknologien, professor og leder af BioSPM Group ved Aarhus Universitet Mingdong Dong.

Form har stor betydning for cellefunktion

Når celler vokser og deler sig, samt når de interagerer med omgivelserne, bliver de konstant påvirket af mekaniske kræfter, ligesom de selv også påvirker omgivelserne mekanisk. To celler, der ligger tæt op ad hinanden, vil som eksempel påvirke hinanden via mekaniske kræfter, og det vil påvirke deres individuelle form. 

Vokser cellerne på et underlag, vil strukturen i underlaget også påvirke celleformen, og i kroppen vokser celler ofte i det, der kaldes for en ekstracellulær matrix, der skulpterer cellerne til at have lige akkurat den form, som cellerne skal have i et givent væv. Ud over det bliver celler også påvirket af omgivelsernes signalmolekyler, som får cellerne til selv at udvikle sig i retning af en bestemt struktur.

Omgivelsernes allestedsværende påvirkning betyder, at alle celler i vores kroppe på en eller anden måde har en unik form, der er resultatet af omgivelserne. Det gælder fra hudcellernes flade og flerkantede struktur til muskelcellernes spindleform, hvor de er runde på midten og tilspidsede i enderne. I kroppens findes der også celler, der er kuglerunde, har mange forgreninger eller har form som et bæger. Uden alle disse former ville vores organer ikke kunne fungere, som de skal, og livet ville se helt anderledes ud.

»Der er lavet meget forskning indenfor det her felt, hvor man har undersøgt, hvad det betyder for celle­funktion at ændre på celleform. Men alt sammen har haft at gøre med ekstern påvirkning af celler. I vores forskning har vi forsøgt at påvirke cellerne indefra,« forklarer Mingdong Dong.

Mingdong Dong forklarer, at forskerne på forskellige måder har vist, at de med proteinkrystallerne kan mani­pulere ved de mekaniske egenskaber i en celle. Først og fremmest har de eksperimentelt vist, at de kan få cellerne til at blive ved med at producere krystaller, der bliver længere og længere over tid, indtil enderne af krystallerne, der former en lang stang, presser mod cellesiderne og gør cellen mere og mere aflang. 

I nogle celletyper bliver presset fra stangen så højt, at stangen trænger ud gennem celle­membranen og dermed effektivt slår cellen ihjel, simpelthen ved at spidde den indefra. Der er lidt ”Alien” over det, hvis man skal lave en filmanalogi.

I andre celletyper, for eksempel fibroblastceller, der er mere robuste, kan stang-krystallen ikke trænge ud gennem cellemembranen, så her begynder stangen i stedet at bøje, indtil den knækker helt. Forskerne har endda udviklet teknikker til at undersøge, hvor den mekaniske påvirkning sker mellem stang og celle, og hvor stor den mekaniske kraft, der bliver skabt af cellen, er. Som eksempel viste et af disse eksperimenter, at en celle skulle producere 340 nanoNewton for at knække krystallen. 

Det modsvarer den samme kraft, der skal til at knække en tilsvarende metalstang. Forskerne har også injiceret cellerne med stof, der fik dem til at slappe af ved at sætte aktinfilamenterne ud af spil, så de ikke længere kunne udøve den samme kraft på krystallen. Når forskerne injicerede dette stof i cellerne, efter cellerne var begyndt at bøje krystallen, rettede krystallen sig op igen, efter det mekaniske pres fra cellen forsvandt.

»Det viser, at aktin er en vigtig komponent i den mekaniske kraft, der bøjer den indvendige krystal. Med disse forsøg viser vi, at vi ved at introducere en mikrokrystal inde i en celle kan manipulere cellens form og mekaniske egenskaber. Vi viser også, at de mekaniske egenskaber og vores muligheder for at manipulere ved cellens form er afhængig af den enkelte celle, hvor nogle celler går i stykker ved for stort mekanisk pres, mens andre celler er i stand til at ødelægge krystallen i sig selv,« forklarer Mingdong Dong.

Forskerne har i deres forsøg også vist, at de med de indre krystaller kan få større kontrol over celleform end de kræfter, der eksternt påvirker cellerne. Endelig har forskerne også vist, at de ved at få en celle til at producere de omtalte proteinkrystaller kan få cellen til at dele sig og blive til to celler, hvorefter de to celler fusionerer til én celle omkring krystallen og danner én celle med to cellekerner.

Store medicinske potentialer

Nuvel, selvom de udviklede teknikker er hyperspecialiserede og for nuværende kun er interessante for forskere indenfor feltet, forudser Mingdong Dong, at teknikkerne også kan blive medicinsk relevante. Det kan teknikkerne blive indenfor flere forskellige felter. 

For det første ser Mingdong Dong nogle interessante muligheder i at benytte teknikken til at manipulere celler til at vokse i en bestemt form eller en bestemt retning. Det vil være interessant inden for regenerativ terapi, hvor man muligvis kan få hud eller andre væv til at blive repareret hurtigere efter skader ved at fortælle cellerne, hvilken retning de skal vokse og dele sig i.

En anden mulighed kan være indenfor kræftbehandling. Her kan man forestille sig, at man meget målrettet kan introducere plasmider i kræftceller og der få dem til at producere lange stænger af krystaller, som over tid spidder kræftcellerne og slår dem ihjel indefra. Kombinerer man krystallerne med et magnetisk materiale, så det bliver muligt at påvirke krystallerne og dermed cellerne med magneter udefra, åbner det op for endnu større perspektiver. 

Kan man med magneter (metoden hedder magnetogenetik, og du kan læse mere om den i boksen: Cellers aktivitet...) påvirke cellefunktionen, kan man også påvirke eventuel dysfunktion eller måske endda få dysfunktionelle celler til at begå programmeret selvmord. Magnetogenetik kan muligvis også åbne for præcis regulering af hjerneaktivitet hos patienter med Parkinsons sygdom eller epilepsi og uden behov for implanterede elektroder. På sigt kan teknologien også åbne for individualiseret medicin, hvor funktionen af bestemte celletyper i kroppen aktiveres eller reduceres selektivt afhængigt af sygdom.

»Der er et enormt klinisk potentiale i at kunne manipulere celler indefra og kunne manipulere dem mekanisk. Det er et helt nyt forskningsfelt, som vi først nu er ved at tage hul på, men der er ingen tvivl om, at det rummer et meget stort medicinsk potentiale og også et stort potentiale indenfor forskning i forståelsen af basal cellefunktion,« siger Mingdong Dong. ♦