Biologiske nanorør forbinder cellene i kroppen og fungerer som snarveier for HIV og kreft
Nanorørenes oppdagelse kan gi nye muligheter for å bekjempe HIV og kreft. Og det er bare fordi noen var klarsynte nok til å ikke overse dem.
I 2002 jobbet Amin Rustom i laboratoriet til professor Hans-Hermann Gerdes i den tyske byen Heidelberg. Jeg var også et medlem av arbeidsgruppen og hadde dermed den eksklusive gleden av å observere fødselen av et nytt forskningsfelt.
Amin var egentlig opptatt med å undersøke en type utskilling fra dyreceller. Vanligvis fikserte han forsøkscellene med paraformaldehyd før han så på dem.
Fiksering er en slags konservering av celler, slik at cellene kan oppbevares lengere og man har tid til å gjøre observasjoner. En dag ville han bare ta en kort titt på cellene og lot være å fiksere for å spare tid. Det var da han ble han oppmerksom på trådfine strukturer som spente seg mellom mange av cellene.Han viste strukturene til professor Gerdes og de besluttet å bruke noen måneder for å se nærmere på det nyoppdagete fenomenet.
Forbinder celler
Oppdagelsen viste seg til å være så spennende at den ble publisert i det høyt anerkjente vitenskapelige tidsskriftet «Science» i 2004. I denne artikkelen ble den ukjente cellulære strukturen definert som biologiske nanorør.
De som hadde sett nanorørene trodde ikke at de var viktige og brukte derfor ikke mer tid på dem. Her ble flere egenskaper ved de nyoppdagete nanorørene beskrevet. De forbandt celler i en rett linje over en distanse på opptil flere cellelengder, nanorørene har ikke har kontakt med bunnen av skålen de vokser i og de har en diameter på bare 50 — 800 nanometer. Det tilsvarer omtrent en tusendel av et menneskelig hårstrå, eller en hundredel av en enkelt celle.
De er omgitte av cellemembran og inneholder et avstivende strukturelement som heter aktinfilament, som fungerer som transportskinne i nanorøret.
Forskere i forsvarsposisjon
I likhet med mye cellebiologisk basalforskning ble de første observasjoner av nanorør gjort i cellekulturer. Cellekulturer har sin opprinnelse i vevsprøver fra normalt vev eller kreftsvulster og dyrkes og formeres under kontrollerte betingelser i laboratoriet. Ofte dyrker man kulturcellene i flate skåler hvor cellene kan feste seg, med væske som inneholder næringsstoffer.
Det er mye lettere å undersøke biologiske detaljer og sammenhenger i et cellekulturoppsett, og man kan unngå dyreforsøk, men cellekulturer speiler ikke hele den tredimensjonale kompleksiteten til vevet av en organisme. I den første tiden etter oppdagelsen av nanorørene dreide mye av kritikken seg om muligheten for at nanorør kunne være en følge av de spesifikke dyrkingsbetingelsene i cellekulturer.
«Artefakt!» sa kritikerne. De ville ikke tro på at denne strukturen hadde noen som helst betydning så lenge den ikke var påvist i intakt vev fra levende organismer. Noen gikk til og med så langt at de nesten latterliggjorde forskningen på nanorør.
Mitt inntrykk var at en del av motstanden skyldtes at det var litt vanskelig å innrømme at de aller fleste cellebiologene hadde oversett strukturene. Strukturen er jo synlig i et lysmikroskop av vanlig laboratoriekvalitet, bare man er oppmerksom på den. De som hadde sett nanorørene trodde ikke at de var viktige og brukte derfor ikke mer tid på dem.
Nanorørene ble altså ikke oppdaget ved en teknologisk utvikling, men ved bruk av eksisterende metoder etter en bevissthetsendring.
Nanorør i dyr
Etter at strukturene først ble bevisst sett én gang, ble de oppdaget i flere og flere ulike celletyper av forskjellige dyr. I så å si alle celletypene der noen lette etter dem, fant man nanorørene. Kreftceller, hjertemuskelceller, nyreceller, hjerneceller, samt malariaparasitter hadde alle nanorør.
Denne strukturen blir brukt til bestemte formål, og cellene lager flere av disse strukturene ved behov. Cellene i cellekultur kan dyrkes slik at de har litt avstand mellom cellene, da kan man se nanorør som spenner seg i mellomrommene. Men cellene i vev derimot er vanligvis organisert i tettpakkete strukturer, og da er det vanskelig å observere trådfine nanorør-forbindelser, så det lot vente litt på seg. En australsk arbeidsgruppe lyktes i 2008 med å bevise nanorørenes eksistens i vev ved hjelp av spesifikk farging av en gruppe immunceller i øyets hornhinne på mus.
Bare noen få celler ble farget, mens de fleste forble ufarget. Slik ble noen av nanorørene, nemlig de som var dannet av de fargede cellene, synlige. I tillegg ble det også påvist nanorør i en rekke tidlige fosterstadier av dyr som mus, høner og sebrafisk. I motsetning til nanorør i cellekultur, tar nanorør i vev ikke den korteste veien, men slynger seg forbi andre celler.
Sender informasjon og pakker
Direkte observasjon av nanorør viste seg å kreve skånsom håndtering, nettopp fordi fiksering ødelegger omtrent 80 prosent av nanorørene. Også høy lysintensitet som blir brukt for å se på celler i mikroskopet, og moderat risting, ødelegger de delikate nanorørene.
Til tross for disse tekniske utfordringene samlet forskerne tålmodig inn en del viktig informasjon om nanorørene. Fra 2003 var Gerdes professor ved Institutt for Biomedisin, ved Universitet i Bergen, og i løpet av denne perioden oppdaget han sammen med forsker Xiang Wang at også ikke-nevronale celler sender elektriske signaler over lange avstander i cellene – gjennom nanorør.
Nanorør blir utnyttet som transportveier for smittestoffer som bakterier og virus - blant annet HIV. Elektriske signaler kan være med på å styre de klassiske kalsiumavhengige signalveiene i cellene som utskiller hormoner og vekstfaktorer. Slik informasjonsutveksling styrer også at organismen utvikler seg med tiden, at cellene vet hva de skal bli når en kropp reparer en skade eller når en immuncelle angriper.
Det ble også vist at molekyler og sågar hele celleorganeller kunne transporteres i nanorør. Celleorganeller er litt større enheter innenfor cellene med spesifikk funksjon, som for eksempel cellens kraftverk som heter mitokondrier. Rør som direkteforbindelser mellom celler var noe helt nytt. Stress, sår eller betennelse øker antallet nanorør, og det ser det ut til at nanorør opptrer i bestemte, men ikke alle, utviklingsstadier av celler. Av disse observasjonene kan man fastslå at denne strukturen blir brukt til bestemte formål, og at cellene lager flere av disse strukturene ved behov.
Transportvei for HIV
Men nanorørene kommer ikke uten en pris. Et stadig voksende antall undersøkelser viser at nanorør blir utnyttet som transportveier for smittestoffer som bakterier og virus - blant annet HIV.
Også i kreftsammenheng ser det ut til at nanorør er medvirkende. Muligens unngår smittestoffene immunforsvaret på denne måten. At nanorørene blir utnyttet av slike smittestoffer er selvsagt svært skadelig for organismen som invaderes. At strukturen på tross av disse negative konsekvensene ikke har dødd ut gjennom evolusjonen tyder på at den har en veldig viktig funksjon.
Også i kreftsammenheng ser det ut til at nanorør er medvirkende. Mitokondrier blir fraktet fra omliggende celler til kreftceller. Dette viste seg til og med å ha den uhyggelige effekten å gjøre kreftcellene motstandsdyktige mot cellegiftbehandlingen som brukes mot kreft. Kanskje kreftceller frakter mitokondrier gjennom det tette tumorvevet ved hjelp av nanorør?
På grunnlag av disse observasjonene har man etablert at det ligger et usedvanlig stort medisinsk potensiale i muligheten for å kontrollere nanorør, og disse kliniske implikasjonene er en stor motivasjon for vår videre forskning.
