En database med information om blodkarrenes endothelceller skal give en dybere forståelse af kroppens cirka 100.000 km lange åresystem. Det er perspektiverne i et nyt studie, som netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Cell.

20.02.2020 | Nanna Jespersgård

Joanna Kalucka forudser, at databasen vil give nye muligheder i den fremtidige behandling af “de store dræbere”, f.eks. kræft og hjerte-kar-sygdomme som blodpropper og åreforkalkning. Foto: Stefan Lehnert.

Ny overraskende viden om endothelcellerne i 11 forskellige slags vævsprøver fra mus er nu samlet i en brugervenlig database med fri adgang for forskere. Det er resultaterne af et nyt studie, som netop er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Cell. Studiet kan måske være med til at forklare, hvorfor transplanterede lunger afstødes hyppigere end andre transplanterede organer.

Adjunkt Joanna Kalucka fra Institut for Biomedicin er leder af den forskningsgruppe fra Aarhus Universitet, som er involveret i projektet. Hun ser databasen Endothelial Cell Atlas som et nyt redskab, der kan være med til at sikre bedre behandling af de mange forskellige sygdomme, der involverer kroppens blodkar.

Alle organer er forbundet via et netværk af blodkar

“Blodkarrene udgør et netværk af små og store kanaler, som ─ på grund af endothelcellerne ─ kan transportere ilt og næringsstoffer til organerne og fjerne affaldsstoffer. Hvis man tog alle blodkar fra et menneske og lagde dem i forlængelse af hinanden, ville de nå to en halv gange rundt om jordkloden ─ svarende til en samlet længde på cirka 100.000 km. Det siger lidt om, hvor stor betydning blodkarrene har, og hvorfor det er vigtigt at få dem kortlagt,” siger Joanna Kalucka, der er førsteforfatter til den nye publikation sammen med kollegerne Laura De Rooij og Jermaine Goveia fra Katholieke Universiteit i Belgien.

Det aktuelle studie bekræfter den eksisterende viden om, at endothelcellerne, der ligger som et specialiseret lag på blodkarrenes indervæg, tilpasser sig omgivelserne og organernes funktioner og behov. Samtidig bidrager studiet med beskrivelser af endothelceller i mus fra hjerne, lunger, lever, tyk- og tyndtarm, testikler, nyrer, milt, hjerte og forskellige muskelgrupper. Ifølge Joanna Kalucka har denne kortlægning overrasket forskerne på flere områder.

Fra asfalt til toppede brosten

“I et organ som f.eks. hjernen ligger endothelcellerne ekstremt tæt, så de danner et sammenhængende lag, der lader blodet flyde hurtigt og ubesværet, så hjernen kan få ilt, men samtidig begrænses adgangen for giftstoffer og patogener. Det svarer til at transportere gods på en nyasfalteret hovedvej, hvor belægningen er jævn, glat og stabil. Det forholder sig anderledes med endothelcellerne i leveren, hvor transporten ─ udtrykt med en anden trafikmetafor ─ minder mere om at køre på toppede brosten,” forklarer Joanna Kalucka.

Sprækkerne og revnerne i den ujævne brostensbelægning skyldes, at leveren er dybt involveret i kroppens stofskifte og også medvirker i omsætningen af næringsstoffer.

“Leverens funktion kræver en vej, som er brolagt med store ujævnheder, fordi fordybningerne tillader passage i områderne omkring karvæggene. Og disse forskelle er tydelige at se på billederne, når vi sammenligner blodkarrene i forskellige organer,“ siger Joanna Kalucka.

“Den nye kortlægning giver os en bedre forståelse af, hvilke molekylære signaler der giver endothelcellerne mulighed for at danne en farbar vej ─ hovedvej, brosten eller hvad der nu ellers kræves i det pågældende væv eller organ,” siger hun.

Nye tilgange til kroppens uløste gåder

Forskningsgruppen er ikke i tvivl om, at kortlægningen af de forskellige organers endothelceller vil lette arbejdet med at udvikle ny medicin eller andre behandlingsmetoder. Joanna Kalucka forudser, at databasen vil give nye muligheder i den fremtidige behandling af “de store dræbere”, f.eks. kræft og hjerte-kar-sygdomme som blodpropper og åreforkalkning.

Det samme gælder sygdomme i lever, lunger og tarmsystemet, hvor endothelcellerne står for den første kontakt til immunceller eller patogener. Særligt i lungerne er endothelcellerne udstyret med molekyler, der er i stand til at danne et immunrespons. Det kan måske være med til at forklare, hvorfor transplanterede lunger afstødes hyppigere end andre transplanterede organer.

Forsøg på mus før behandling af mennesker 

Studiet benytter RNA-sekventering af enkeltceller til at dokumentere genekspressionsprofilen (transkriptomanalyse af individuelle endothelceller). En kritiske læser vil måske hævde, at det svækker studiet, at endothelcellerne er kortlagt i mus, og at resultaterne ikke nødvendigvis kan overføres direkte til mennesker. Og det er også rigtigt. Men ifølge Joanna Kalucka, er det en helt naturlig rækkefølge, når man udvikler ny medicin, at man starter med forsøg på mus, inden man går videre til mennesker.

Det overordnede ansvar for den nye database ligger i Belgien hos den forskningsgruppe, som ledes af professor Peter Carmeliet fra Katholieke Universiteit (KU) i Leuven. Han er sidsteforfatter til den nye forskningsartikel og er også udnævnt som adjungeret Honorary Skou-professor ved Institut for Biomedicin, Aarhus Universitet. I praksis opdateres databasen ved VIB Cancer Biology  Center, KU Leuven, hvor Peter Carmeliet også er tilknyttet: https://www.vibcancer.be/software-tools/ec-atlas

Bag om forskningsresultatet

• Endothelceller fra 11 forskellige vævstyper i mus blev isoleret og RNA-enkeltcellesekventeret. Metoden gav forskerne information om mere end 32.000 endothelcellers transkriptomer og førte til identifikation af 78 undergrupper af endothelceller, herunder adskillige overraskende fund af hidtil ukendte typer. Studiet gjorde det muligt at sammenligne åresystemet i de forskellige organer hos mus – også på tværs og fra forskellige vinkler. Det er data, der nu præsenteres som en betydelig ressource inden for forskningsfeltet.
• Samarbejdsparterne inkluderer Lin Lin, Yonglun Luo og Rob Fenton fra AU i Danmark samt Laura De Rooij, Jermaine Goveia og Peter Carmeliet fra KU Leuven i Belgien.
• Studiet er finansieret af bevillinger fra Det Europæiske Forskningsråd (ERC) i form af Proof of Concept og Advanced Grant, Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) og Novo Nordisk Fonden.
• Den videnskabelige artikel er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Cell: 

  https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30062-3?rss=yes

Kontakt

Adjunkt og Lundbeckfonden fellow Joanna Kalucka
Aarhus Universitet, Institut for Biomedicin og Aarhus Institute of Advanced Studies (AIAS)
Mail: joanna.kalucka@aias.au.dk
Mobil: +32 484 90 48 09