Under sjukdom kan cellernas stelhet eller viskositet förändras. Tom Evers visade detta genom att för första gången mäta sådana egenskaper hos mänskliga immunceller. "Styvheten hos vissa celler kan vara ett sätt att ställa en diagnos", sa Evers.
Han disputerade den 26 mars för avhandlingen "Single-cell mechanics for disease biology and pharmacology." En resulterande artikel publicerades av Materials Advances .
Inom en tumör växer celler tätt ihop i vävnad där de inte hör hemma. Därför är det mer tryck från packade celler. Celler reagerar på detta genom att förstärka sin struktur, precis som våra ben blir starkare när de utsätts för mer stress.
Cellernas stelhet spelar sannolikt också en roll i läckande blodkärl. Blodkärlsceller kan bli mindre stela eller till och med något flytande. Virus som ebola är dödliga på grund av hemorragisk feber, där blodkärl börjar läcka. Evers har lyckats mäta styvheten hos celler.
Som student i biomedicinska vetenskaper fann Evers biofysik så intressant att han var villig att åka till Sibirien för det. "Det var ibland -40 grader i Tomsk, men jag upplevde också +40." Där trivdes han jättebra 2016/17, då han avslutade första halvan av sin dubbla magisterexamen. Den andra hälften var av biomedicinsk natur, tillbaka i hans hemstad Maastricht. "I Leiden kunde jag kombinera båda områdena."
Evers kunde uttrycka sin äventyrliga sida väl i Alireza Mashaghis labb vid LACDR. "Vi studerar cellers mekaniska egenskaper – deras styvhet och viskositet. Dessa är oerhört viktiga för bland annat immunsvaret mot sjukdomar." Till exempel måste en makrofag som uppslukar en patogen smidigt kunna deformeras runt den.
Dessa mekaniska egenskaper spelar också en roll vid cancer. "I en tumör blir vissa celler mjukare, mindre stela. Dessa celler kan lättare migrera genom kroppen, vilket händer vid metastaserande cancer."
Vid leukemi, där monocytiska immunceller påverkas, förändras deras mekaniska egenskaper. "Om vi kan mäta det exakt, kan styvheten hos sådana celler vara ett sätt att diagnostisera sjukdomen." Cellstelhet blir då en så kallad biomarkör.
Evers arbetade med bland annat optisk pincett. Med den här enheten kan forskare till exempel hålla i en DNA-sträng, dra i den och sedan mäta hur hårt den är sårad. "Jag modifierade pincetten så att du kan lägga en cell mellan två glaspärlor. Genom att trycka ihop pärlorna med en viss kraft och observera sträckningen som cellen genomgår bestämmer vi cellens styvhet."
Nära tumörer händer något konstigt med makrofager. Medan vissa av dem rensar tumörceller som hoppats, omger andra tumören och skyddar faktiskt tumörcellerna. Evers ville bevisa om dessa olika subtyper av immunceller är identifierbara genom sin stelhet.
Han extraherade makrofager från frisk musbröstvävnad och tumörassocierade makrofager från möss med bröstcancer. "Makrofagerna som skyddade tumören hade högre stelhet."
– Med vår mekanobiologi siktar vi på att introducera ett nytt fält inom biologin, säger Evers. När man studerar gener pratar biologer om genomik. Handlar det om proteiner så kallar de det för proteomik. Forskning om ämnesomsättning är metabolomik. Evers resultat visar att det finns ännu mer relevanta aspekter. "Mekanomi lägger till dimensionen av mekaniska egenskaper som styvhet och viskositet."
Evers handledare Alireza Mashaghi är mycket nöjd med arbetet med sin doktorsexamen. kandidat. "Han introducerade mekanik i forskningsområdet immunologi och bidrog på så sätt till framväxten av området mekanoimmunologi. Han lyckades tillämpa tekniker för att mäta de mekaniska egenskaperna hos immunceller under sjukdom."
Äventyret är inte över än. "Jag stannar kvar på institutionen, nu som postdoc-forskare. Jag har ägnat lång tid åt att utveckla tekniken, och resultaten kom först på slutet. Jag forskar nu om sjukdomar där blodkärl läcker, vilket också måste ha att göra med de mekaniska egenskaperna hos blodkärlen."
Virus som ebola är dödliga på grund av hemorragisk feber med läckande blodkärl. Detta är också relaterat till förändrade mekaniska egenskaper hos blodkärlsceller. Så det finns mycket för encellig mekanobiolog Evers att upptäcka.
Mer information: Tom M.J. Evers et al, Enkelcellsanalys av medfödd immuncellsmekanik:en tillämpning på cancerimmunologi, Materials Advances (2024). DOI:10.1039/D3MA01107K
Tillhandahålls av Leiden University
