Biosensor ersätter försöksdjur

En biosensor som rapporterar inifrån levande celler kan ersätta tiotusentals av de försöksdjur som idag används för att upptäcka biverkningar hos nya läkemedel.

– Det finns flera orsaker till att ta fram alternativ till djurförsök. De är inte bara kostsamma och etiskt tvivelaktiga. Dessutom är de ofta inte tillförlitliga eftersom exempelvis möss inte alltid svarar likadant som människor, säger Vesa Loitto, cellbiolog som leder projektet vid LiU.

Minst en halv miljon djur beräknas varje år gå åt till medicinsk forskning i Sverige, fiskar och djur i beteendestudier oräknat. En betydande del används för att pröva giftigheten av nya läkemedelssubstanser, men där går nu en trend mot att söka alternativa testmetoder. Det traditionella är att mäta hur stor dos det krävs för att ta kål på en cellodling.

– Sådana cellförsök är ofta ganska brutala. Man tittar på när cellerna dör, men det händer mycket innan dess, säger Vesa Loitto.

På Avdelningen för medicinsk mikrobiologi har han sitt labb där ett högupplösande mikroskop, speciellt anpassat för att titta på levande celler, är det viktigaste instrumentet. Han utvecklar nu en metod att i realtid följa vad som händer när cellerna droppe för droppe exponeras för en nyskapad läkemedelssubstans.

Vesa Loitto har valt att sätta fokus på den struktur i cellens inre som kallas det endoplasmatiska nätverket (ER), där livsviktiga proteiner i tusentals olika former tillverkas. När detta nätverk utsätts för stress, till exempel i form av en giftig kemikalie, kan följden bli att proteiner veckas på fel sätt, vilket i sin tur kan orsaka olika sjukdomstillstånd.

Hans tanke är att utveckla fluorescenta biosensorer som signalerar genom att skifta färg när en cell får en stressreaktion.

– Om jag har en odling av celler med sådana ”rapportörer” inombords, då kan jag hälla på olika doser av en substans för att i realtid kunna se hur cellerna svarar. Med dagens metoder har man ingen aning om vad som sker under tiden innan cellen dör. Det endoplasmatiska nätverket är så känsligt att man får möjligheten att rangordna de testade substanserna och plocka bort de skadliga innan man går vidare med prövningen, säger Vesa Loitto.

Kanalerna i nätverket fungerar som löpande band för proteintillverkning. Råvaran är aminosyror och ritningen finns i cellkärnans DNA. Förutom att aminosyrorna ska sättas ihop i rätt ordning måste varje protein bockas till sin rätta funktionella form. När kemin rubbas riskerar det finstämda systemet att haverera, med följden att ofärdiga proteiner klumpar ihop sig vilket kan ge upphov till sjukdomar som influensa, reumatoid artrit och diabetes.

De celler som används i Vesa Loittos forskning kommer från kommersiellt tillgängliga, odödliga cellinjer. Hittills har han använt bindvävsceller i sina försök. I det fortsatta projektet går man över till leverceller som är lämpligare eftersom det är levern som tar emot första smällen av ett läkemedel.

Projektet som nyligen fick finansiell förstärkning av Stiftelsen forska utan djurförsök väntas om tre–fyra år resultera i en prototyp färdig att testas i full skala. Det kommer dock att ta många år innan all prövning på djur inom läkemedelsindustrin kan ersättas. En kvalificerad gissning säger att nya alternativa testmetoder som denna skulle kunna spara in 50 000–100 000 djur per år i Sverige.

Bilden visar en bindvävscell utrustad med en plasmid (DNA-molekyl) innehållande proteinet BiP kopplat till ett gult fluorescerande protein (YFP). Man kan i bilden se hur BiP lyser upp det endoplasmatiska nätverket som framför allt finns vid cellkärnan men även sträcker ut sig i periferin.