Biokemiska ”fingeravtryck” visar utvecklingen av diabetes

Metoden, som nyligen publicerats i tidskriften Scientific Reports, bygger på så kallad molekylär spektroskopi och kan användas för att identifiera biokemiska profiler (”fingeravtryck”) som informerar om olika sjukdomsstadier. Forskarna tror att metoden kan ge bättre förståelse för de mekanismer på molekylär och cellulär nivå som ligger till grund för utvecklingen av diabetes.

Metoden är baserad på vibrationsmikrospektroskopiska metoder såsom Raman och FTIR (Fourier Transform InfraRed). Olika ämnen har unika molekylära vibrationer som med metoden kan avläsas när man lyser på dem med infrarött ljus eller med laser. Dessa vibrationer innehåller information om det studerade provets kemiska sammansättning, inklusive molekylernas karaktär, mängd och struktur.

Filtrerar bort brus
Vanligtvis är det mycket svårt att tolka de extremt komplexa resultat och enorma datamängder som denna typ av mätningar ger. Men med hjälp av avancerade statistiska metoder kan forskarna filtrera bort ”brus” (exempelvis naturligt förekommande variationer mellan individer) och därmed få en bättre överblick och fokus på viktiga faktorer.

– Den här metoden väl lämpad för att studera biologiska prover eftersom den inte förstör vävnaden, inte kräver några markörer som exempelvis antikroppsinfärgning, och kan användas i samband med mikroskopi. Det kan handla om att urskilja vilka celltyper som är påverkade i vävnaden, var och hur, säger András Gorzsás, som är forskare vid Kemiska institutionen och en av sisteförfattarna av artikeln.

Bukspottkörteln är ett nyckelorgan för utvecklingen av diabetes, en av våra stora folksjukdomar. Enligt International Diabetes Federation har idag ungefär 415 miljoner människor någon form av diabetes, en siffra som förväntas öka till 640 miljoner år 2040. Trots den stora utbredningen av sjukdomen har möjligheterna att studera biokemiska förändringar direkt i bukspottkörtelvävnaden hittills varit begränsade.

Bortfiltrerat brus i komplex data skapar överblick
I Scientific Reports beskriver forskarna hur de genom att använda en så kallad multivariat statistisk analysmetod kan behandla många variabler samtidigt och därmed analysera komplex vibrationsmikrospektroskopisk data från bukspottkörtelvävnaden. Med analysmetoden, som tidigare framförallt använts för att studera växtvävnad, visar forskarna att det går att upptäcka tidigare okända biokemiska förändringar i samband med utvecklingen av diabetes. Det är även möjligt att verifiera tidigare kända förändringar i vävnaden fast i ett tidigare skede av sjukdomsutvecklingen.

– Med metoden kan vi skapa biokemiska fingeravtryck av samtliga förändringar i bukspottkörtelvävnaden. Fingeravtrycken informerar oss om vilken celltyp det är vi studerar, men kan också avslöja vilken djurmodell den är från och hur långt diabetessjukdomen är framskriden. Dessa fingeravtryck är så pass exakta att även okända prov kan klassificeras om det finns referensmaterial att jämföra mot, säger Ulf Ahlgren, som är professor i molekylär medicin.

En metod som inte skadar vävnaden
Med metoden kan bukspottkörtlar från såväl mus som människa analyseras från utsidan, det vill säga utan att behöva ta ett vävnadsprov från organet. Forskarna visar även, i ett transplantationsexperiment, att bukspottkörtelvävnad (så kallade Langerhanska öar) kan studeras in vivo (i den levande organismen). Förutom att studera mekanistiska aspekter av hur diabetes utvecklas och manifesteras hoppas forskarna att metoden kan komma att utnyttjas för utvecklandet av bättre prognostiska och diagnostiska verktyg för att studera sjukdomen.

– Denna möjlighet att studera bukspottkörtelvävnad och framförallt de insulinproducerande Langerhanska öarnas biokemi i levande organismer är lovande för diabetesforskningen. Vi hoppas att metoden kommer kunna användas för att studera de direkta effekterna av till exempel olika antidiabetiska terapier på de insulinproducerande cellernas biokemi och funktion, säger Ulf Ahlgren.

Forskarna hoppas även att deras resultat kan ligga till grund för utvecklandet av bättre verktyg för att identifiera cancervävnad i samband med operativa ingrepp vid bukspottkörtelcancer. Studien, som är utförd i samarbete med forskare vid NTNU i Trondheim och Karolinska institutet, är finansierad av bland andra Vetenskapsrådet och Kempestiftelserna.

Artikeln: Biochemical profiling of diabetes disease progression by multivariate vibrational microspectroscopy of the pancreas
Författare: Christoffer Nord, Maria Eriksson, Andrea Dicker, Anna Eriksson, Eivind Grong, Erwin Ilegems, Ronald Mårvik, Bård Kulseng, Per-Olof Berggren, András Gorzsás och Ulf Ahlgren. DOI: 10.1038/s41598-017-07015-z.

Kontakt:
András Gorzsás, Kemiska Institutionen Telefon:090-786 59 18; 073-151 33 77
E-post: andras.gorzsas@umu.se”>andras.gorzsas@umu.se
Ulf Ahlgren, Umeå centrum för molekylär medicin (UCMM) Telefon: 090-785 44 34; 070-220 9228 E-post: ulf.ahlgren@umu.se