Kafað í áhrif kælingar á taugafrumur

„Innan læknisfræðinnar er kæling notuð sem taugaverndandi meðferð við alvarlegum sjúkdómum, t.d. eftir súrefnisskort í fæðingu og hjartastopp. Kæling virðist vernda taugafrumur fyrir skaða sem annars hefði orðið eftir skerðingu á blóðflæði til þeirra en ferlið þar að baki er lítt skilið,“ segir Salvör Rafnsdóttir, læknir og doktorsnemi. Hún vinnur nú að rannsókn sem miðar að því að hvaða frumuferlar og gen virkjast við kælingu frumna niður í 32°C. Salvör hefur einnig framkvæmt lyfjaskimun og þar fundið lofandi lyf sem virðist virkja þetta náttúrulega kæliviðbragð án kælingar. Þessi uppgötvun hennar og samstarfsfólks tryggði þeim sigur í samkeppninni um Vísinda- og nýsköpunarverðlaun Háskóla Íslands 2023 á dögunum.
 
Salvör hefur þegar lokið læknisnámi við Háskóla Íslands en rannsóknareynsla sem hún öðlaðist í náminu og áhugi hennar á þróun sjúkdóma og erfðafræði leiddu hana inn á vettvang Lífvísindaseturs Háskóla Íslands þar sem stundaðar eru svokallaðar grunnrannsóknir á bæði fjölbreyttum sjúkdómum og ýmsum ferlum í líkamanum. Þar stundar hún doktorsnám á rannsóknarstofu Hans Tómasar Björnssonar, prófessors við Læknadeild.

„Ég hef mikinn áhuga á að tengja saman grunnrannsóknir, þar á meðal rannsóknir á tilraunadýrum og frumum, og nýjungar í læknisfræði. Þetta fræðasvið kallast á ensku translational medicine og útleggst á íslensku sem færsluvísindi. Markmið færsluvísinda er að koma niðurstöðum grunnrannsókna til sjúklinga eins fljótt og auðið er. Með færsluvísindum er leitast við að rannsaka sjúkdóma eða sjúkdómsástönd í frumum eða tilraunadýrum og vonast er til þess að finna nýja frumuferla, sem hægt er að beina spjótum að eða lyf sem geta virkjað þekkta frumuferla eða gen. Þannig geta þessar nýju uppgötvanir verið ný meðferðarmörk eða leitt af sér nýja lyfjameðferð fyrir sjúklinga sem aftur leiðir af sér bætta meðferð fyrir sjúklinga,“ útskýrir Salvör sem komst í kynni við grunnrannsóknir snemma í læknanáminu.

Sumarstörf á rannsóknastofu kveiktu áhugann
„Sumrin eftir fyrstu tvö árin í læknisfræði vann ég á rannsóknarstofu Jóns Jóhannesar Jónssonar, prófessors við Læknadeild, og fann þá að mér líkaði vel að vinna á rannsóknarstofu. Þegar kom að því að ég þurfti að finna mér þriðja árs rannsóknarverkefni í læknisfræði þá hafði ég samband við Hans Tómas Björnsson, lækni og vísindamann, sem var þá með rannsóknarstofu við Johns Hopkins háskólann í Bandaríkjunum, en mig langaði mjög gjarnan að prófa að vinna á rannsóknarstofu sem væri á stórum alþjóðlegum spítala. Ég var svo heppin að mér bauðst að vinna hjá honum þriðja árs verkefni í læknisfræðinni og hann gaf mér val um nokkur verkefni. Ég ákvað á endanum að skoða svokallaðar utangenaerfðir/umframerfðir og kælingu,“ segir Salvör.

Það reyndist kveikjan að doktorsverkefninu sem hún vinnur nú að. „Þegar Hans Tómas flutti heim og rannsóknarstofu sína að hluta til Íslands var ég á sama tíma að klára læknisfræðinámið mitt og hann bauð mér að hefja doktorsnám hjá honum. Ég hafði þá oft verið að grúska eitthvað með fram læknisfræðinni í tengslum við gamla BS-rannsóknarverkefnið mitt og hafði áhuga á að skoða það betur svo ég sló til,“ segir Salvör og bætir við: „Það þarf heilt þorp vísindamanna til þess að vinna að svona stóru verkefni og þetta verkefni hefði aldrei verið mögulegt ef að ég hefði ekki fengið ómetanlega aðstoð frá samstarfsmönnum mínum á rannsóknarstofu Hans Tómasar sem eru Kimberley, Sara Þöll, Kijin, Arnhildur, Meghna, Katrín, Tinna, Laufey og Li Zhang ásamt fleiri samstarfsaðilum erlendis og hérlendis, eins og Íslenskri erfðagreiningu.“ 

Leitað að genum sem hafa áhrif á kælingu
Tilgáta Salvarar og samstarfsfólks í verkefninu er sú að virkjun kæliferlis miðli jákvæðum áhrifum kælingarinnar, þ.e. taugaverndandi áhrifum, á frumur en Salvör bendir á að kæliferillinn sé enn fremur illa skilgreindur ólíkt hitaferlinum í frumum. 

„Til að svara fyrri spurningu verkefnisins notum við tvenns konar aðferðir en báðar eru framkvæmdar í frumurækt. Í fyrsta lagi þá framkvæmum við svokallaða framsýna stökkbreytiskimun á frumum með CRISPR-Cas9 erfðatækni sem veitir okkur upplýsingar um áhrif annara gena á virkni lykilgena í kælisvarinu. Þessi tilraun er eins og að gera 100.000 tilraunir, þar sem við óvirkjum eitt gen í hverri frumu og gerum þetta fyrir öll þekkt gen í mannerfðamenginu. Næst veljum við út frumur þar sem virkjun kæliferilsins breyttist og finnum hvaða gen var óvirkjað. Í kjölfarið getum við síðan staðfest áhrifin með öðrum tilraunum og þannig vonumst við til þess að finna gen sem eru hluti kæliferilsins, bæði gen sem virkja og hamla ferlinum. Í öðru lagi höfum við framkvæmt lyfjaskimun með næstum 2 þúsund lyfjum og þannig fundum við lyf sem virðast geta virkjað kæliferilinn,“ útskýrir Salvör.

Í leitinni að genum sem stjórna kæliáreitum hjá músum er einnig stuðst við stökkbreytiskimun. „Þar skimum við eftir því hvort músaungar, sem hafa fleiri stökkbreytingar í erfðamengi sínu en venjulegar mýs, sýni óeðlilegt grunnhitastig með og án umhverfiskæliáreitis. Því næst raðgreinum við mýsnar til þess að finna líklegar stökkbreytingar sem valda óeðlilegu grunnhitastigi eða óeðlilegri svörun við kæliáreiti,“ segir Salvör. 
 

Lyf geti nýst til að vernda taugar
Niðurstöður fyrri hluta doktorsverkefnisins, það er frumuhlutans, er í fyrsta lagi að það virðist vera sem lyfið Entacapone geti hugsanlega virkjað kæliferilinn að einhverju leyti. „Í öðru lagi þá fundum við að genið SMYD5 virðist vera hemill á kæliferilinn við eðlilegt hitastig og þegar við kælum frumur þá virðist þessi genahemill hverfa. Þetta gen gæti þá verið nýtt meðferðarmark sem getur mælt virkjun kæliferilsins. Við höfum sótt um einkaleyfi fyrir þessar tvær uppgötvanir ásamt því að við höfum forbirt grein (e. preprint) á bioRxiv um niðurstöðurnar,“ segir Salvör en hún og samstarfsfólks hyggst jafnframt senda greinina inn í ritrýnt tímarit á næstu dögum. „Við erum enn að vinna að niðurstöðum seinni hluta doktorsverkefnis míns en við höfum fundið einhver gen sem virðist geta valdið óeðlilegu grunnhitastigi og svari við umhverfiskæliáreiti.“ 

Ávinningur rannsókna sem þessara getur orðið mikill fyrir fólk með taugaskaða, í hættu á taugaskaða eða langvinna taugaverki að sögn Salvarar. „Ef kæling dregur úr taugaskaða með því að virkja náttúrulegan kæliferil frumna og það eru genatjáningarbreytingarnar sjálfar sem draga úr taugaskaðanum væri afar gagnlegt að skilja og geta virkjað það kerfi. Það gæti leitt af sér frekari lyfjaþróun fyrir einstaklinga sem eru með taugaskaða, í áhættu á taugaskaða eða með langvinna taugaverki,“ bendir hún á. 

Með þróun slíkra lyfja væri hugsanlega betur hægt að stýra verndun tauga en gert er með kælingu og vonandi yrðu minni aukaverkanir af lyfjameðferð en með þeirri aðferð sem beitt er nú. „Skammtastýring kælingar er flókin og því er meðferðin aðeins notuð í alvarlegustu tilfellum. Lyfjameðferð gæti opnað möguleika á skammtastýringu. Þá væri hægt að nota meðferðarmöguleikann fyrir sjúklinga með vægari einkenni eða þá sem hafa hlotið aukaverkanir af kælingu. Vonandi væri slík lyfjameðferð auðveldari í framkvæmd og hana væri hægt að framkvæma utan gjörgæsludeilda og næði því til stærri hóps sjúklinga,“ segir Salvör enn fremur um þýðingu rannsóknanna.
 

„Ég hef mikinn áhuga á að tengja saman grunnrannsóknir, þar á meðal rannsóknir á tilraunadýrum og frumum, og nýjungar í læknisfræði. Þetta fræðasvið kallast á ensku translational medicine og útleggst á íslensku sem færsluvísindi. Markmið færsluvísinda er að koma niðurstöðum grunnrannsókna til sjúklinga eins fljótt og auðið er,“ segir Salvör Rafnsdóttir.