Din kropp är okänt territorium

Ivriga att få se den okända cellen med egna ögon tar forskarna fram mikroskopet. De ser en cell med en karakteristisk form: En rund cellkropp med ett hav av tunna utlöpare.

Eftersom formen påminner dem om ett nypon från en rosenbuske får cellen namnet rosehip cell, nyponcell.

Den nya upptäckten, som gjordes i samarbete med andra forskargrupper i USA och Europa, var en av de första i det nya globala projektet Human Cell Atlas.

Syftet med projektet var att kartlägga samtliga celler i människokroppen och på så sätt revolutionera våra kunskaper om cellernas aktiviteter.

Omkring 1 500 forskare från 62 länder deltog i projektet, och de hittade ett antal hittills okända celltyper samt ritat detaljerade kartor över flera av våra organ.

Genombrotten har bland annat visat vilka celler som ligger bakom den obotliga sjukdomen cystisk fibros och hur cancerceller går till motangrepp mot en i övrigt hoppingivande immunterapi.

Projektet har banat väg för nya behandlingsformer som drar nytta av sjukdomarnas inneboende svagheter.

Varje cell har sitt eget mönster

Kroppen uppvisar en enormt stor mångfald av celler som utför många olika uppgifter och som ser helt olika ut.

Röda blodkroppar är fulla av proteinet hemoglobin, eftersom de ska transportera runt syre i blodet.

Nervceller har långa nervtrådar och nära förbindelser med sina grannar, vilket garanterar snabb och effektiv kommunikation.

Eftersom fettceller lagrar fett, som används som energireserver, kan de bli över 200 gånger större än röda blodkroppar.

Variationen av celltyper i kroppen blir inte mindre förbluffande av det faktum att de alla har exakt samma dna.

VIDEO: Lär dig mer om vår nya hjärncell: Nyponcellen!

Cellerna uttrycker dock dna på olika sätt och sätter därmed olika proteiner i spel. En hjärncell uttrycker till exempel gener som ansvarar för bildning av signalsubstanser som dopamin och serotonin.

Dessa gener är oanvändbara för immuncellerna, som i stället behöver gener för bildning av ämnen som bidrar till försvaret mot infektioner.

Därför har varje celltyp ett eget mönster av aktiva och inaktiva gener som ger den sin unika form och funktion.

Under de senaste 150 åren har forskarna identifierat celltyper utifrån bland annat deras form och plats i kroppen, vilket har resulterat i upptäckten av cirka 200 olika celltyper.

På senare årtionden har dock ny teknik gjort det möjligt att se exakt vilka gener cellerna uttrycker, och mycket tyder på att kroppens celler kan delas in i betydligt fler, kanske tusentals, typer.

Även med vår tids avancerade gentekniska metoder är det först nyligen som forskarna har kunnat skaffa sig en överblick över kroppens myller av celler.

De har fått nöja sig med att antingen undersöka ett fåtal celler i taget eller se vilka gener som totalt sett är aktiva i ett organ utan att veta exakt vilka celler i organet som gör vad.

Det har emellertid ny teknik ändrat på. I dag kan forskarna analysera varje enskild cells genaktivitet i ett prov som innehåller hundratusentals celler.

Algoritm avslöjar nya celltyper

En av grundstenarna i projektet Human Cell Atlas är tekniken single-cell RNA sequencing.

Under de senaste tio åren har tekniken blivit så avancerad att forskarna kan mäta genaktiviteten i varje enskild cell i ett vävnadsprov samtidigt.

Det är just det som gör tekniken så väl lämpad för att kartlägga människokroppen.

Om cellerna bara hade haft två–tre gener hade det varit enkelt att kategorisera cellerna utifrån genernas aktivitet, men med över 20 000 gener finns det så många kombinationsmöjligheter att forskarna tvingas förlita sig på nyutvecklade algoritmer som kan hantera de stora datamängderna.

Utifrån de data som matas in placerar algoritmen varje cell i ett slags koordinatsystem med över 20 000 dimensioner (en dimension för varje gen), och beroende på genernas aktivitetsnivå får cellen sin egen plats i koordinatsystemet.

Celler som ligger nära varandra i systemet har liknande mönster av genaktivitet och kan därför sägas tillhöra samma kategori.

Algoritmen identifierar avgränsade kategorier av celler i koordinatsystemet och ger på så sätt forskarna en överblick över vilka celltyper vävnaden innehåller.

Detta har lett fram till upptäckten av ett stort antal nya celltyper och undergrupper av tidigare kända celltyper.

Nya celler kan leda till botemedel

Ed Leins nyponcell var en av Human Cell Atlas första upptäckter. Det är en nervcell, men till skillnad från många andra nervceller hämmar den elektriska signaler i stället för att vidarebefordra dem.

Därmed bidrar den till att styra vilken information som når fram – en viktig funktion som förhindrar att hjärnan drunknar i onödiga signaler.

Nyponceller är inte den enda nya celltyp som Human Cell Atlas har avslöjat, och troligen inte heller den viktigaste.

Det kan där-emot de så kallade jonocyterna i lungorna kanske vara. Jonocyterna uttrycker högre nivåer av genen CFTR än några andra celler i kroppen.

CFTR har huvudrollen i den genetiska sjukdomen cystisk fibros, som över 70 000 människor runtom i världen lider av.

Genen kodar för ett protein som leder vatten och kloridjoner in i och ut ur celler och som är involverade i utsöndring av slem i lungorna.

Personer med en mutation i genen bildar ett tjockare slemlager i lungorna än normalt och drabbas därför av en rad olika livshotande andningsbesvär.

Trots årtionden av intensiv forskning om sjukdomen finns det fortfarande inget botemedel, men upptäckten av jonocyterna ger ökat hopp inför framtiden.

Forskarna har länge trott att produktionen av CFTR-proteinet varit fördelad över flera av de välkända luftvägscellerna, men den nya upptäckten visar att merparten av CFTR uttrycks i jonocyterna, som bara utgör cirka en procent av luftvägscellerna.

Det öppnar för helt nya typer av behandlingsmetoder av cystisk fibros, där forskarna kan rikta in sig på jonocyterna i sina försök att åstadkomma normal CFTR-aktivitet hos personer som är födda med cystisk fibros.

Karta löser gåta om graviditet

Human Cell Atlas handlar om mer än att bara hitta nya typer av celler.

Ett av de viktigaste syftena med projektet är att skapa detaljerade kartor över cellerna i kroppens olika organ och vävnader och komma fram till hur cellerna samarbetar.

I en av projektets studier fokuserade forskarna på vävnaden som förbinder mamman och fostret under graviditetens första veckor.

Då fästs fostrets moderkaka i liv­modern via decidua, en slemhinna som bildas i livmodern. Hittills har våra kunskaper om decidua varit begränsade.

Forskarna visste att celler från fostret kommunicerar och blandas med mammans celler i decidua och att slemhinnan är extremt viktig i graviditetens tidiga stadier.

Exakt hur mammans och fostrets celler interagerar har dock varit en gåta.

Normalt går immunförsvaret till angrepp mot främmande celler, men under graviditeten reagerar inte mammans immunförsvar inte på att en annan människa intar hennes kropp.

Efter Human Cell Atlas kartläggning av decidua har forskarna fått en inblick i hur mammans och fostrets celler samverkar.

Forskarna kartlade omkring 70 000 celler från decidua, och analyserna visade både nya typer av celler och gav insikter i en tidigare okänd samverkan mellan cellerna.

Forskarna upptäckte bland annat tre sorters immunceller som skiljer sig från motsvarande immunceller i blodet. Framför allt den ena av de nya celltyperna ser ut att ha ett nära förhållande till fostret.

Den bildar proteiner som känner igen fostrets celler och avger samtidigt ämnen som dämpar andra immunceller.

Sammantaget har kartan över decidua avslöjat en miljö som är optimerad för att hämma immunsystemets reaktion på invasionen av fostrets celler.

Dessa nya kunskaper kan eventuellt hjälpa kvinnor som har svårt att bli gravida eftersom deras immun­celler har en tendens att stöta bort fostret.

Projekt avslöjar cancergener

Forskarna är också i full färd med att undersöka levern, ett av kroppens viktigaste organ. Några av leverns uppgifter är att avväpna giftämnen, rena blodet och justera ämnesomsättningen.

Levern är dessutom det enda organ som kan återbilda sig självt, till och med efter att ha varit nere i 25 procent av sin ursprungliga storlek.

Men trots att levern har utforskats grundligt i över hundra år har vissa av dess celler varit dolda för vetenskapen – tills forskarna i projektet Human Cell Atlas nyligen kartlade cellerna i nio donatorers levervävnad.

Forskarna analyserade över 10 000 celler och fann huvudsakligen redan kända celltyper. De avslöjade dock även undergrupper av leverceller som vetenskapen aldrig tidigare har stött på.

Bland annat upptäckte de en ny typ av cell i leverns gallgångar, ett nätverk av gångar som leder gallvätska från levern till gallblåsan.

Cellen fungerar som stamcell och kan utvecklas till både vanliga leverceller och gallgångsceller.

Förutom friska levrar undersökte forskarna cancerdrabbade levrar, och genom att jämföra dem upptäckte man en rad gener som är förknippade med omvandling av friska leverceller till cancerceller.

Därför går det nu att utveckla extremt målinriktade behandlingsmetoder för att stoppa tidiga stadier av levercancer.

Atlas ger nya behandlingsmetoder

De flesta sjukdomar kan härledas till skadliga förändringar på cellnivå. En heltäckande atlas över alla celler i kroppen ger forskarna optimala förutsättningar för att ställa exakta diagnoser och utveckla nya behandlingsmetoder.

Redan nu är Human Cell Atlas-projektets forskare på god väg att hitta effektivare behandlingsmetoder mot både cystisk fibros, inflammatoriska sjukdomar och cancer.

Med sina kunskaper om jonocyterna i lungorna och deras centrala roll vid cystisk fibros kan forskarna utveckla genterapier som är specifikt inriktade på jonocyterna och som korrigerar deras muterade CFTR-gen.

Till skillnad från cystisk fibros kan inflammatoriska sjukdomar omfatta hundratals gener som samtliga bidrar till sjukdomen.

Många av dessa gener är ännu okända för forskarna, som varken vet vad de gör eller i vilka celler de är mest aktiva. Det håller atlasen på att förändra.

Forskare har till exempel kartlagt celler i tarmvävnad från friska personer och från personer med inflammatorisk tarmsjukdom.

enom att jämföra cellerna upptäckte forskarna en handfull celler i den sjuka vävnaden som inte förekom i frisk vävnad.

De kunde även se att mer välkända cellers aktivitet förändrades i den sjuka vävnaden.

Därmed har forskarna nu de verktyg som behövs för att utveckla behandlingsmetoder som antingen avlägsnar sjuka celler eller korrigerar deras genaktivitet.

Kunskaper om cancercellers genaktivitet har gett forskarna ett starkt kort på handen.

Så kallad immunterapi, som hjälper immunsystemet att bekämpa cancer, är en hoppingivande behandlingsmetod.

Den fungerar dock inte för alla och i många fall fungerar den bara under en begränsad period innan cancercellerna blir resistenta.

En kartläggning av cancersjuk vävnad har visat att cancerceller som bygger upp resistens mot immunterapi aktiverar ett visst genetiskt program som skyddar dem mot behandlingen.

Forskarna har kommit på ett sätt att lura cancern genom att kombinera immunterapin med ett läkemedel som stänger av cancercellernas skyddsprogram.