Optagelse af nye vacciner i kroppens immunceller
En række nye vacciner er baseret på proteiner eller DNA fra sygdomsfremkaldende mikrober. Vaccinerne er uden risiko for brugeren, men de virker ikke så effektivt som traditionelle vacciner. Derfor skal de nye vacciner transporteres hen til og optages i netop de celler i immunforsvaret, som vaccinerne skal sætte i alarmberedskab.
Det er nu mere end 200 år siden, at Edward Jenner opdagede, at levende ko-kopper kan beskytte mennesker mod kopper, og han lagde dermed grunden for den del af lægevidenskaben, som kaldes immunologi. For 100 år siden skabte Louis Pasteur et nyt gennembrud ved at bruge dræbte mikroorganismer som vacciner. Han understregede det vigtige princip, at stimulering af menneskets immunsystem med en lille smule af en sygdomsfremkaldende mikroorganisme kan beskytte mod efterfølgende infektion.
De traditionelle vacciner har været en stor succes i hele verden, og flere sygdomme som f.eks. kopper er i dag udryddet globalt. Men trods successen er vor viden om, hvordan vacciner virker langt fra tilbundsgående, for der findes stadig mange sygdomsfremkaldende mikroorganismer, som hvert år forårsager millioner af dødsfald, og som vi endnu ikke har været i stand til at udvikle vacciner imod. Nogle eksempler er HIV og malaria.
Indenfor de seneste år har bioteknologien gjort det muligt at fremstille en ny type vacciner, som består af mindre enheder af de sygdomsfremkaldende mikroorganismer, nemlig proteiner og små proteinstumper kaldet peptider samt DNA. Fordelen ved de nye vacciner er færre bivirkninger, fordi kun en lille del af mikroorganismerne præsenteres for kroppens immunforsvar. Samtidig undgår man risikoen for sygdom.
Til gengæld er de nye vacciner endnu ikke så effektive til at stimulere immunforsvaret som de traditionelle vacciner.
Nye transportsystemer
Effekten af de bioteknologiske vacciner kan muligvis forbedres, hvis de transporteres direkte hen til de celler i immunforsvaret, som de skal sætte i alarmberedskab. På Institut for Farmaci fremstiller vi forskellige former for transportsystemer, som kan dirigere de nye vacciner hen til de celler i kroppen, hvor de har størst effekt. Vi prøver at udnytte det princip, som bakterier og virus har udviklet til perfektion, nemlig at inficere på den mest effektive måde.
Vi koncentrerer os om partikler i mikro- og nanometer skalaen til transport af vaccinerne; partiklerne har de samme dimensioner som mikroorganismer. Partiklerne skal indkapsle de artsfremmede vacciner, beskytte dem mod nedbrydning og sørge for, at vaccinen frigives på kontrolleret vis på det rigtige sted i kroppen. Endelig skal partiklerne forbedre immunresponset overfor vaccinerne. På verdensplan satses der på forskellige former for bionedbrydelige partikler af fedtstoffer kaldet lipider samt på polymerpartikler af bl.a mælkesyre, stivelse og gelatine. I gruppen arbejder en ph.d.-studerende med faste lipid-nanopartikler til DNA-vaccination og en anden ph.d.-studerende undersøger et polymerbaseret system til en kræftvaccine.
- Transmissionsbillede af dendritiske celler. Bemærk den meget foldede overflade, der giver cellerne en stor overflade til optagelse af mikroorganismer samt til omrøring af det omgivende vandlag og til samspil med andre immunceller.
Måling af cellulær optagelse
Et af vore mål er at undersøge, hvilken betydning partiklernes fysisk-kemiske egenskaber såsom størrelse, ladning og fedtopløselighed har for deres optagelse i immunsystemets celler.
Vi bruger kulturer af en type immunceller, der kaldes dendritiske celler til undersøgelserne. Forstadier til dendritiske celler dannes i knoglemarven og cirkulerer hele tiden rundt i blodet. De fungerer som immunsystemets skildvagter, der opfanger faresignaler og bevæger sig til infektionsstedet, hvor de optager artsfremmede stoffer. Derpå sætter de gang i et meget effektivt immunrespons. Dendritiske celler kan nemlig provokere immunforsvaret til at reagere på to måder: For det første dannes der antistoffer, som kan neutralisere sygdomsfremkaldende mikroorganismer, og for det andet stimulerer de dendritiske celler dannelsen af dræberceller, som kan genkende inficerede celler og eliminere dem.
Til forsøgene isolerer vi forstadier til dendritiske celler fra donorblod og dyrker dem i kultur en uge ved tilstedeværelse af en række stoffer, som fremkalder dannelsen af dendritiske celler.
Som modelpartikler anvender vi kommercielt tilgængelige latex-partikler, som har flere fordele; de er velkarakteriserede, de findes i mange veldefinerede størrelser, og de kan mærkes med fluorescerende molekyler, hvilket gør det muligt at detektere dem. Desuden varierer vi ladning og fedtopløselighed på overfladen af partiklerne.
Dendritiske cellers optagelse af disse modelvacciner måles med en type fluorescens-mikroskopi, som kaldes konfokal laser-scanningsmikroskopi, samt ved fluorescens-aktiveret cellesortering.
Projektet har til dato koncentreret sig om opsætning og karakterisering af cellekulturer med dendritiske celler, og desuden har vi udviklet metoder til at bestemme optagelsen i cellerne og koblingen af diverse makromolekyler til modelpartikler. I den næste fase vil vi gå i gang med at kvantificere optagelsen af vaccinerne i de dendritiske celler ved hjælp af fluorescens-aktiveret cellesortering, hvorved man kan måle intensiteten af det fluorescerende lys fra hver enkelt celle. Desuden vil vi se på, hvordan forskellige typer partikler påvirker præsentationen af artsfremmede peptider og dermed det efterfølgende immunrespons.
- Konfokalmikroskopi er en avanceret form for fluorescensmikroskopi, hvor man ved hjælp af en laser og fin optik er i stand til at detektere fluorescens fra et meget tyndt optisk snit uden at medtage forstyrrende lys fra de nærliggende planer. Således kan man ved at mærke celler med fluorescerende markører både se strukturer på overfladen og inde i cellen. Figuren viser et konfokalt billede af en dendritisk celle, som har optaget E.coli. Den grønne farve stammer fra E.coli. Den røde farve stammer fra et antistof rettet mod en overflademarkør på dendritiske celler. Det ses, at E.coli efter to timer befinder sig nær cellens ydre membran.
Langsigtede perspektiver
Vi tror, at studier af partiklernes egenskaber og deres betydning for optagelsen i cellerne kan give os en større forståelse af, hvilke faktorer der er vigtige for at starte et immunrespons ved vaccination med nye bioteknologiske vacciner. En sådan viden vil være værdifuld til design af nye transportsystemer, og vil måske kunne fortælle os, hvilke stoffer, der er bedst egnede som vacciner.
Endelig ønsker vi at undersøge mulighederne for at forøge immunresponset ved specifikt at kunne dirigere vacciner til dendritiske celler i kroppen. Det kunne gøres ved at koble et molekyle til vaccinen, der genkendes af receptorer på overfladen af de dendritiske celler.
Potentialet af de nye vacciner er stort, og vacciner rettet mod infektionssygdomme, autoimmune sygdomme og kræft udgør spændende nye lægemiddelkandidater.
- Her ses en overlejring af et transmissionsbillede og et konfokalt optisk snit gennem en dendritisk celle, der har været inficeret med E.coli i tre timer. Den røde farve stammer fra E.coli. Nu befinder bakterierne sig i cytoplasmaet tæt på cellekernen. Bemærk den lille T-celle til højre, der scanner dendritcellens overflade for artsfremmede peptider.
- Overlejring af et transmissionsbillede og et konfokalt optisk snit gennem en dendritisk celle, der har været inficeret med 10 μm latexpartikler i fire timer. Latexpartiklerne er grønne.
