Den levande cellen som sensor
Celler som finns i allt levande har med årmiljonerna blivit experter på att kemiskt känna av sin omgivning. Tack vare denna förmåga kan cellerna på kemisk väg kommunicera med varandra vilket möjliggör allt från tankar, varseblivning till hjärtslag. Det är så kallade jonkanaler i cellernasmembran som ligger bakom kommunikationen. Jonkanaler är proteiner som sitter på cellens yta. En speciell del av jonkanalen kallas receptor och dit binder ämnena som cellen känner igen. Igenkänningen är mycket specifik, det kemiskaämnet måste passa i receptorn som handen i handsken. Då aktiveras jonkanalen vilket ger upphov till en transport av joner över cellmembranet. Denna transport orsakar en liten ström vilken kan mätas med en Nobel-prisbelönad teknik som kallas Patch-Clamp.
Vi har utvecklat en detektionsmetod där en enda levande cell (0,02 millimeter i diameter) används för att detektera ämnen som påverkar den på jonkanalsnivå. Varför? Jo, celler är redan experter på att detektera vad som finns i deras omgivning. Traditionella detektionsmetoder talar bara om t ex, att en molekyl sänder ut eller tar upp ljus. Bara för att en molekyl sänder ut ljus betyder det knappast att den har en biologisk funktion. Genom att använda levande celler som detektorer slår man därför två flugor i en smäll.
Först och främst, om cellen ger upphov till en signal i närvaro av ett ämne, innebär det ju att det ämnet har en biologiskt relevant verkan. För det andra, genom att studera hur cellen (detektorn) reagerar på ämnet, kan man
även lära sig något om cellens egenskaper. Det utvecklade
celldetktorsystemet kan därför användas för att leta efter ämnen i kroppen eller mediciner, som påverkar jonkanaler.
I och med att vissa typer av ämnen aktiverar samma jonkanalstyp måste ämnena separeras innan cellen utsätts för dem, annars är det omöjligt att säga om det är ett enda eller fler ämnen som ger upphov till signalen. Kapillär-elektrofores är en separationsmetod där mycket små mängder av prov kan analyseras. Ämnena separeras beroende på molekylstorlek och laddning och lämnar idealt kapillären uppdelade i band. Kapillärens utlopp, vars dimensioner (0,050 millimeter) överensstämmer med cellens, riktas mot
cellens yta, så att de separerade ämenena detekteras en efter en.
Många av de läkemedel som finns på marknaden idag påverkar jonkanaler på ett eller annt sätt. Trots det finns inget sätt idag att i stor skala mäta på jonkanalsaktivitet i celler i jakten på effektiva mediciner. Vi vill därför
vidareutveckla idén som presenteras i avhandlingen, så att hundratals detektor celler kunde användas parallellt, istället för ett par tre stycken som är möjligt idag.
I avhandlingen presenteras också elektroporationsmetoder som kan användas på enskilda celler. Elektroporation är vad det låter som, elektrisk spänning som läggs över cellen som resulterar i små, återförslutbara porer i cellens
cellvägg, dvs cellmembranet. Denna teknik används för att få in ämnen i cellen som annars inte tar sig genom cellmembranet. Tekniken kan användas i flera syften, genetisk material kan introduceras i cellen så att den
jonkanal man vill använda som detektor utrycks, eller så kan markörer introduceras i cellen för att påvisa sjukdomstillstånd som ger upphov till kemiska förändringar i cellen. En annan mycket spännande applikation är att
använda elektroporation för introduktion av ämnen i enskilda celler där cellen skulle tjäna som reaktions-”bägare”. Det har nämligen visat sig att biologiska reaktioner beter sig helt annorlunda i små utrymmen, som i en cell, jämfört med de stora volymer som traditionellt används när reaktioner undersöks.
De utvecklade elektroporationsmetoderna har också använts för att introducera ämnen i vävnad vilket i framtiden kan användas för behadling av sjukdomar som cancer och Parkinsons sjukdom.
—
Cecilia Farre, Institutionen för kemi, Analytisk och marin kemi disputerar för filosofie doktorsexamen i kemi, med inriktning mot analytisk kemi, onsdagen den 19 december kl. 10.15. Avhandlingen har titeln ”Development of
Single Cell Biosensors: Patch Clamp Detection in Capillary Electrophoresis and Single Cell Electroporation”. Platsen är Sal KC, Kemihuset, Chalmersområdet, Göteborg.
Cecilia Farre, Göteborgs universitet
Institutionen för kemi, Analytisk och marin kemi
Telefon: 031-772 2781,E-post: cecilia.farre@mc2.chalmers.se
Tanja Thompson, Informatör, Göteborgs universtitet
Fakultetskansliet för naturvetenskap,Box 460, 405 30 Göteborg, Telefon: 031-773 4857, E-post: tanja.thompson@science.gu.se
