22. juni 2020

Nyt samarbejde mellem Niels Bohr Institutet og Stanford University

Bevilling:

Hvordan ved cellerne hvilken retning, de skal vokse i? Silas Boye Nissen, Ph.d. studerende ved Biokompleksitetsgruppen på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har fået en bevilling fra Novo Nordisk Fonden til et fireårigt projekt, hvoraf de tre første år skal foregå på Stanford University i USA.

Silas Boye Nissen
Silas Boye Nissen er Ph.d. studerende ved Biokompleksitetsgruppen på Niels Bohr Institutet.

Bevillingen gives hvert år til to unge forskere, som skal arbejde på tværs af traditionelle fagdiscipliner. Projektet er programsat til at starte i efteråret, og skal kaste lys over hvordan kroppens celler danner retning. Resultaterne kan få stor medicinsk betydning for forståelsen af sygdomme som fx hjertefejl, fejl i udviklingen af nervesystemet eller hørelsen. Desuden ved man, at kræftceller har mistet den retningssans, som sunde celler har. Enhver ny forståelse af cellers retningssans vil derfor være afgørende for en række, forskellige medicinske forskningsfelter.

Fire måneders ideudvikling på Stanford har banet vejen for projektet

Silas Boye Nissen har allerede tilbragt en del tid på Stanford University. I efteråret 2019 arbejdede han på Stanford, hvor rammerne for projektet blev lagt fast. Han lægger ikke skjul på, at tværfagligheden i projektet kommer til at være en fremherskende del af arbejdet: ”Jeg er fysiker, og på Stanford bliver jeg tilknyttet Patologisk Institut, hvor jeg sandsynligvis vil være den eneste fysiker. Jeg bliver eksperimentalist, skal dissekere bananfluer og se på dem i mikroskop. Det bliver et meget spændende eksperimentelt forløb”, siger Silas.

Hvordan opbygger kroppens væv retning?

Det er det store spørgsmål, som projektet skal være med til besvare. Silas Boye Nissen forklarer, at man har ret godt styr på dannelsen af inder- og ydersiden af væv. Menneskers hud er et godt eksempel, idet huden naturligvis ser helt anderledes ud på ydersiden end på indersiden. ”Men hvordan ved cellerne, hvilken retning de skal vokse i? Hvordan finder de ud af, hvor fingrene skal sidde i forhold til skulderen? Denne retningssans er ikke så velforstået. Der er tale om mange millioner celler, som kollektivt ved, hvordan de skal danne et enormt kompliceret system af forskellige vævstyper. Vores hypotese er, kort forklaret, at enten kender cellerne retningen eller også kender de den ikke. Det lyder enkelt, men det betyder, at de proteiner, der er ansvarlige for væksten i cellerne, skal finde en måde at samle sig i den ene side af cellen og ikke i den anden. Rent praktisk foregår arbejdet sådan, at vi ser på vingerne af en bananflue og markerer enkelte proteiner inde i cellerne. Vi markerer de enkelte proteiner i den enkelte celle, følger dem og ser hvordan proteinerne klumper sammen. Først gør vi det på døde celler og siden på levende, så vi kan følge processen live”, forklarer Silas Boye Nissen.

Cellerne kommunikerer med hinanden for at skabe retning

Det er imidlertid ikke nok at finde ud af, hvordan processerne forløber inde i de enkelte celler. Mange millioner celler samarbejder for at skabe det uhyre komplicerede system et levende væsen er. Silas Boye Nissen fortæller, at en gruppe af signalproteiner i hver celle rækker ud gennem cellemembranen og ind i nabocellen. På den måde dannes der bro mellem cellerne, der definerer hvordan kommunikationen foregår. ”Det er en proces, der foregår simultant i ét væv, og der sker en intern forbindelse til den næste celle. Man ved altså, at der finder kommunikation sted – men man ved ikke endnu, hvordan denne koordinering mellem cellerne sker helt præcist”.

Videnskab bliver til i samarbejdet mellem forskellige fagligheder

Silas Boye Nissen skal samarbejde med to forskellige forskningsgrupper på Stanford. Den ene gruppe på Patologisk Institut har igennem en lang årrække forsket i denne retning i såvel bananfluer som i mus. Den anden gruppe på Institut for Kemiteknik har udviklet avancerede mikroskopiteknikker. Man har ikke før studeret denne celleretning med moderne mikroskopiteknikker, der har udviklet sig meget i det sidste årti. Disse teknikker er en forudsætning for at løse projektets mange udfordringer, og dermed blive i stand til at følge bevægelsen på molekyleniveau, med henblik på at forstå hvordan celleretningen dannes.

Tværgående samarbejde mellem fysik og biologi

Krydsfeltet mellem biologi og fysik er en særlig betydningsfuld del af Silas Boye Nissens arbejdsliv. Han forklarer, at en fysiktilgang til det detaljerede laboratoriearbejde kan suppleres med en matematisk og konceptuel model. ”Fra fysik anses tingene lidt mere fra oven, og vi finder frem til hvilke hovedkomponenter, der er kritiske for udfaldet”, forklarer Silas. Det sker blandt andet ved at opbygge computermodeller af komplekse processer, noget fysikere er specielt trænede i.

I det sidste år af projektet skal Silas Boye Nissen arbejde på Panum instituttet og her fokusere på signalvejene inde i cellen. Intentionen med denne del af arbejdet er bl.a. at pege frem mod insulinproduktionen i bugspytkirtlen – igen et videnskabeligt felt med stor betydning for mange mennesker.