Du surfar just nu på en begränsad version av umu.se. Vad innebär det här?
Vi utvecklar banbrytande encells-teknologier för att dissekera de molekylära mekanismer som skapar variabilitet mellan celler och driver individuella cellers beteende och kollektiva funktion.
Cellulär Heterogenitet och Encells-Omik
Cellers heterogenitet är ett anmärkningsvärt drag i den biologiska världen. Att förstå ursprunget och konsekvenserna av denna heterogenitet utgör en utmanande uppgift, men erbjuder samtidigt outnyttjade möjligheter att upptäcka nya biologiska mekanismer, användbara terapeutiska medel och bioprodukter.
De tekniska framstegen inom området för encells-omik har gjort det möjligt för forskare att tackla cellulär heterogenitet och upptäcka nya celltyper i människokroppen, rekapitulera tumörbildningsprocessen och bygga cellatlaser över mänskliga organ. Genom åren har vi lärt oss att fenotypiska utfall inte enbart är ett statiskt resultat av en kodad genomfunktion, utan snarare ett dynamiskt tillstånd som integrerar olika interna och externa signaler. I denna process fungerar cellens transkriptom och epigenom som mycket mer precisa och utsökt känsliga system som integrerar genomets funktionella avläsning. Därför utgår våra forskningsinsatser från antagandet att fenotypiskt resultat och biologiska funktioner hos heterogena populationer endast kan förstås genom multi-omik-karaktärisering på encellsnivå.
Vår Banbrytande Encells-Teknologi
Vi har nyligen rapporterat om en ny höggenomströmnings-encells-teknologi baserad på semipermeabla kapslar (SPCs)[1, 2]. SPCs är monodispersa flytande droppar omgivna av ett tunt skal som är permeabelt för biomolekyler och proteiner, men impermeabelt för DNA/RNA-molekyler längre än 200 bp. Som ett resultat kvarhålls cellulärt mRNA eller gDNA-molekyler kodade av enskilda celler effektivt, samtidigt som komplexa molekylärbiologiska arbetsflöden möjliggörs på inkapslade celler och biomolekyler genom att helt enkelt byta ut reaktionen i vilken SPCs är dispergerade. SPCs är motståndskraftiga mot olika lösningsmedel, kemikalier, frysning och uppvärmning, vilket gör dem väl lämpade att bearbeta även de mest utmanande proverna.
I den senaste studien [3] tillämpade vi SPC-baserad scRNA-seq på helblod extraherat från patienter med akut myeloisk leukemi (AML), vilket gjorde det möjligt för oss att profilera även de mest ömtåliga cellerna. Den omfattande karakteriseringen av cellulär heterogenitet i AML tillät oss att avslöja ett delat dysfunktionellt, stamcellsliknande tillstånd i det mogna medfödda immuncellsfacket, inklusive granulocyter. I en annan samarbetsstudie [4] med Atrandi Biosciences och Bigelow Laboratories (USA) utvecklade vi tillvägagångssättet Environmental Micro-Compartment Genomics (EMCG) för kvantitativ genomsekvensering med hög genomströmning av enskilda celler och extracellulära genetiska element i miljöprover. Genom att tillämpa ett kustvattenprov på 0,3 µl erhöll vi över 2 000 enskilt amplifierade genom motsvarande ett brett spektrum av cellulära och extracellulära enheter från marina samhällen.
Vid Umeå universitet strävar jag efter att ytterligare utöka SPC-baserade applikationer inom mikrobiologi- och biomedicinområdena. Cellulär heterogenitet är det definierande draget i praktiskt taget alla biologiska system, och vårt tillvägagångssätt är att tillhandahålla oöverträffad funktionell och molekylär upplösning av denna komplexitet. Genom att identifiera och karakterisera medlemmar med låg förekomst i den heterogena populationen (t.ex. drivkrafter för patogenes, persisterande celler, unika läkemedelsresistenta tumörkloner) kan vi lära oss mycket djupare om fundamental biologi som styr mänsklig hälsa och ingripa i processer som driver komplexa sjukdomstillstånd.