Skapar hårdvara för hjärtplåstret - Stiftelsen för Åbo Akademi sr
ÅA-stödForskningForskningsfinansieringMedelanvändningSpetsforskning

Skapar hårdvara för hjärtplåstret

Ronald Österbacka leder spetsforskningsenheten BACE som jobbar med cellsignalering.

Forskarna inom BACE jobbar samtidigt väldigt smått och väldigt stort. Målet är att styra signaleringen inne i cellen och påverka cellens funktion. Det säger sig självt att detta är smått. För forskarna i laboratoriet handlar det till exempel om att kontrollera konformationen av ett protein på en elektrod eller detektera en enskild molekyl i en vattendroppe. Implikationerna däremot är stora. I förlängningen handlar det om livet självt, och om att skapa hårdvara för en självläkande kropp.

– Då vi kontrollerar och aktiverar celler börjar vi på något sätt kontrollera livet. Då väcks etiska frågor kring vad kan vi göra innan det går för långt, säger Ronald Österbacka som är professor i fysik och forskningsledare för BACE, Center of Excellence in Bioelectronic Activation of Cell Functions.

Forskarteamet som jobbar med cellsignalering är därför tvärvetenskapligt. Där ingår såväl fysiker som cellbiologer och teologer.

Ett av målen inom forskningsprojektet är att skapa en bioelektronisk aktiveringsplattform som kan styra cellsignaleringen och påverka cellfunktionen. Ett annat mål är att forskarna ska lära sig att kommunicera bättre, både inom det tvärvetenskapliga teamet och med den stora allmänheten.
– Kommunikationen blir extra viktig i och med den etiska dimensionen. Vi vill bli skickligare på att popularisera vår forskning och reflektera över hur vi pratar. Vi är medvetna om att vi kanske låter lite som om vi försöker kontrollera livet med våra experiment, och därför är självreflektionen viktig.

I dagens samhälle ställs fakta allt oftare mot åsikter.
– Förhoppningsvis kan bättre vetenskapskommunikation ledda till en minskad polarisering. Det sägs att det är viktigt att kunna tänka själv och dra egna slutsatser, men om man inte har bakgrunden är risken stor att tankegångarna leder i fel riktning.

Här kommer vetenskapskommunikationen in. Forskarna tränas i att berätta om sin forskning så att även den som inte har en naturvetenskaplig bakgrund begriper vad det handlar om.

Österbacka som forskar i elektrooptiska egenskaper i organiska molekyler är van vid att åhöraren inte har den bakgrundskunskap som behövs för att förstå vad forskarna egentligen gör. Även inom det tvärvetenskapliga forskarteamet accentueras betydelsen av att kunna prata om forskningen på ett språk som kan förstås också av den som inte är expert på området.
– Jag blir ofta låst i de dagliga diskussionerna med våra cellbiologer då vi inte kan varandras vokabulär, och det är svårt för mig att tänka själv om jag inte får förklarat för mig vad jag behöver förstå. Det här är en av orsakerna till att vi valt att ta med kommunikationsbiten i vårt projekt.

Tar fram hårdvaran för hjärtplåstret

Forskningen inom BACE går ut på att försöka skapa en plattform för att kontrollera och detektera aktivering av cellfunktioner.
– Vi utnyttjar organiska elektroniska komponenter och biologiska molekyler, små proteinsekvenser som kallas peptider. Vi vill kommunicera med cellen från den bioelektroniska plattformen och försöka åstadkomma att cellen gör någonting i tid och rum när vi så önskar.

Österbacka själv drivs som forskare av en grundnyfikenhet, målsättningen för honom är att förstå hur saker fungerar.
– En annan målsättning är att på sikt ta fram hårdvaran för idén om att skapa det självläkande hjärtat.
Forskarna inom BACE har ett nära samarbete med Cecilia Sahlgrens spetsenhet CellMech, Center of Excellence in Cellular Mechanostasis, som har som framtidsvision att förstå förutsättningarna för det självläkande hjärtat.
– Man kan tänka sig att vi med hjälp av organisk elektronik kan skapa ett hjärtplåster som både kan mäta aktiviteten i cellerna i ett hjärta som fått en infarkt, och aktivera cellerna att göra det som behövs för att få hjärtat att självläka.

Nu har ungefär hälften av projekttiden gått, hur långt har ni kommit i forskningen?

– De första naturvetenskapliga artiklarna som direkt härstammar från projektet har skickats in.

Samtidigt har forskarna fått lära sig att de inte kan styra processen i cellerna på det sätt som de planerade.
– Vi gjorde peptiderna vi jobbar med så långa som vi kunde, men de var ändå för korta för att åstadkomma den aktivering vi var ute efter. Vi kan styra dem och göra dem aktiva eller inaktiva, men det räcker inte.

För den som inte är insatt i cellens funktioner kan det vara svårt att ta till sig resonemanget. Österbacka jämför därför med något mycket vardagligare – en gräsklippare.
– Man kan tänka sig att vi har en platta där våra biomolekyler sticker upp som en gräsmatta medan cellen kan liknas vid en gräsklippare. Grässtråna måste vara tillräckligt långa då gräsklipparen kör över gräsmattan för att gräset ska klippas. Nu är våra peptider, alltså gräset, så kort att man inte ser någon skillnad då man kör över med gräsklipparen.

Det är svårt att på kemisk väg syntetisera längre peptider, alltså odla längre gräs. Därför har forskarna i stället gått in för att modifiera cellerna på annat sätt. Forskarna jobbar nu vidare med att utnyttja en starkare bindningsapproach med hjälp av modifierade celler. Medan forskarna inom BACE jobbar med att förändra gräset jobbar andra forskare parallellt med att förändra gräsklipparen.
– Cellbiologerna i Cecilia Sahlgrens team bygger om gräsklipparen så att den klarar av att känna av och klippa det kortare gräset, medan vi försöker skapa ett nytt gräs. Man kan säga att vi har ett mjukt gräs och ett hårt gräs som vi jobbar vidare med i aktiveringsprocessen.

Det har visat sig att en aktivering också kan skapas med hjälp av magnetfält.
– Vi har spännande resultat på gång. Nu kan vi aktivera cellerna genom att binda peptiderna till en magnetisk partikel och föra en magnet över cellodlingen. Men vi kan inte avgränsa aktiveringen till ett visst område. Nu jobbar vi vidare för att med vårt nya gräs och bättre gräsklippare kunna aktivera cellerna både i tid och i rum vilket är vårt mål.

Ett annat konkret resultat av forskningen hittills är en ny typ av känsliga sensorer som gästprofessor Luisa Torsi har utvecklat under det senaste året.
– Om vi vet vilken biomolekyl vi är intresserade av att mäta räcker det med att det finns en molekyl i en liten vattendroppe, då kan vi mäta den med hjälp av den ultrakänsliga bioelektroniska sensorn. Man kan jämföra denna känslighet med att kunna mäta krusningen av en fallande vattendroppe en kilometer bort på ytan av en sjö, säger Österbacka.

Flexibel finansiering

Forskningsprojekten inom bioelektronisk aktivering har finansiering från Finlands akademi, EU och Stiftelsen för Åbo Akademi.
– BACE har den finansiering som möjliggör de snabbaste förändringarna i vår verksamhetsmiljö. Finansieringen från Stiftelsen för Åbo Akademi är extremt viktig för oss, den ger en bra möjlighet att jobba flexibelt. Den gör det möjligt att vid behov köpa nya material eller formulera om våra målsättningar, förändra processen eller byta fokus.

Finansieringen från SÅA har använts till löner, anskaffningar av instrument samt till intensivkurser för magisterstuderande och doktorander och kommunikationsworkshoppar där forskarna lär sig kommunicera med olika målgrupper.

Ett konkret resultat av arbetet med kommunikationen är projektet Forcing the Impossible, Avtryck i det okända som Laura Hellsten leder (se nästa artikel). Spetsforskare inom olika områden samarbetar med konstnärer som har tolkat vetenskapskommunikationen och skapat konstverk baserat på sina tolkningar. Konstverken och de vetenskapskonstnärliga samarbetena har framförts under hösten.

Så stödjer stiftelsen spetsforskning

Stiftelsen för Åbo Akademi stödjer årligen fyra spetsenheter vid Åbo Akademi med 250 000 euro per enhet i deras strävan mot internationellt erkännande. Dessutom riktas 250 000 euro till att stödja annan spetsforskning enligt aktuella behov.
BACE (Center of Excellence in Bioelectronic Activation of Cell Functions) är en av forskningsgrupperna som har spetsenhetsstatus under perioden 1.3.2019–28.2.2023. Stiftelsen har beviljat spetsenheten finansiering för sammanlagt 1 miljon euro under fyraårsperioden.
År 2020 använde spetsenheten BACE sitt forskningsbidrag till löner för doktorander och postdoktorala forskare, kommunikationsworkshops, förnödenheter samt avskrivning för en mätstation för singelmolekylsensorer. Spetsenhetens direktör är Ronald Österbacka, och de övriga forskningsledarna är Cecilia Sahlgren, Luisa Torsi, Mikael Lindfelt och Laura Hellsten. Omkring 20 personer jobbar inom spetsenheten, och därtill är cirka 20 studerande inom olika ämnen knutna till spetsenheten.

Text: Heidi Furu
Foto: Heikki Räisänen