Celleatlas skal gøre det muligt at transplantere flere slags organer i fremtiden

I Danmark transplanterer vi primært hjerter, lunger, levere og nyrer – en del hornhinder og ganske få bugspytkirtler.

Hvis lægerne skal udvikle transplantations-procedurer for flere organer, er de nødt til at forstå, hvordan organerne ser ud i en sund krop - både på cellulært og molekylært niveau. Den viden er første skridt i forhold til at udtrække organet på den rigtige måde, holde det i live i overførslen og i den nye krop. Men det er en viden, vi har manglet for stort set alle organer.

Indtil nu.

På hospitalet Stanford Health Care i det nordlige Californien gav 15 afdøde i 2020 og 2021 et stort og vigtigt bidrag til forskningen. Patienterne havde sagt ja til at være organdonorer og reddede dermed flere menneskers liv. Men efter hver organtransplantation blev personalet på operationsstuen og tog biopsier af de resterende organer i den afdødes krop.

Biopsierne blev sendt til et laboratorium, hvor blandt andre Antoine de Morree, der er lektor på Institut for Biomedicin, stod klar til at analysere materialet.

”Normalt modtager vi ikke så store stykker af vigtige organer. Og slet ikke af raskt væv - folk får som regel kun lavet en biopsi, når der er mistanke om, at de fejler noget,” siger han.

Forskerne analyserede de raske organer og skabte et såkaldt celle-atlas. Det er en molekylær karakterisering af celletyperne, som giver en helt ny indsigt i organernes fysiologi.

Projektet hedder Tabula Sapiens og danner et sammenligningsgrundlag for sunde organer, som hidtil ikke har eksisteret. Det nye celleatlas er en referenceramme – et opslagsværk over, hvordan organer burde se ud, når det handler om celler og gener.

”Vi har længe vidst, hvordan organerne ser ud anatomisk, men vi ved ikke, hvordan sundheden ser ud på molekylært og cellulært niveau. For mange af organerne er dette et første kig på sundt væv, og det betyder, at vi for første gang nu kan fastslå, hvordan et sundt organ optræder. Celleatlasset er dermed et uvurderligt benchmark for udvikling af nye transplantationsprocedurer, der kan bruges af forskere verden over,” forklarer Antoine de Morree, som er ansat på Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.

Hvert organ har sit eget team

Studiet er udført i USA af et stort internationalt konsortium med flere end 160 forskere. De har analyseret 24 slags væv eller organer fra 15 raske donorer: Blære, blod, knoglemarv, mellemgulv/skeletmuskulatur, øje, fedt, hjerte, nyre, tyktarm, lever, lunge, lymfeknude, bryst, bugspytkirtel, prostata, spytkirtel, hud, tyndtarm, milt, brissel, tunge, luftrør, livmoder og kar.

For mange af organerne gælder det, at lægerne indtil nu ikke har kendt den sunde cellulære og molekylære sammensætning. Men det nye celleatlas omfatter næsten 500.000 celler og giver en molekylær karakterisering af 475 celletyper, deres fordeling på tværs af væv og den vævsspecifikke variation i gen-ekspression.

Det kan bruges til at forske i, hvordan vi transplanterer flere typer af organer og væv – og som et pejlemærke ved hver enkelt operation:

”Når du tager et organ ud, og du vil vide, om det er sundt eller anderledes, har du brug for et benchmark. Hvis der fx er mange flere immunceller, end der burde være, kan der være en betændelse i gang, som gør det mindre sandsynligt, at organet overlever,” forklarer Antoine de Morree.

Hvert organ i studiet blev behandlet af et specialist-team, som allerede kendte det specifikke væv. Antoine de Morrees speciale er muskel-stamceller, og han var i studiet ansvarlig for at analysere muskelvævet fra bughule og mellemgulv.

”Nogle organer er meget svære at få fra raske, levende mennesker. Jeg er meget interesseret i mellemgulvet, men hvis vi tager biopsier af det, kan patienten ikke trække vejret. Så studiet var en mulighed for at få adgang til det materiale - og få nok af det til at lave mange eksperimenter,” siger han.

Han er begejstret over, at få adgang til væv fra flere forskellige raske donorer. Det giver nemlig mulighed for at sammenligne organerne på tværs af etnicitet, alder og køn.

Vigtigt at forstå sundhed

Men han er lige så begejstret over, at studiet omfatter mange organer fra den samme person. En af de afdøde donorer gav biopsier af 17 forskellige organer til studiet.

”Det fine er, at vi kan sammenligne celletyper på tværs af forskellige organer i et enkelt individ. Vi ved, at der er blodkar i hvert organ, men er de ens? Og er de immunceller, der patruljerer i lungen, forskellige fra de immunceller, der patruljerer din nyre? Studiet viser, at der er meget interessante forskelle i organerne. Det er ny viden inden for den grundlæggende biologi,” siger Antoine de Morree.

Projektets data vil være tilgængelige for alle.

”Data er ikke kun frigivet - vi har lavet et browserværktøj, så forskere, der ikke ved, hvordan de skal analysere det, stadig kan orientere sig i det,” siger han.

”Resultatet er betydningsfuldt, fordi vi som forskere generelt fokuserer på sygdom og på at forstå, hvad der sker, når tingene ikke fungerer. Det kan dog være lige så vigtigt at forstå, hvordan sundhed ser ud. Nu har vi for første gang en referenceramme, der viser, hvordan et sundt organ skal være. Det er første skridt i forhold til at tranplantere mere,” siger Antoine de Morree.

Bag om forskningsresultatet

• Fakta om studietype: Cellulære og molekylære analyser af biopsier fra menneskelige organer. Organdonorerne i undersøgelsen blev udvalgt på baggrund af omfattende helbredsrapporter og havde alle givet tilladelse. Efter at transplantations-organerne var fjernet og sendt til en modtager, blev biopsier taget fra op mod 24 forskellige andre organer i donorernes kroppe og distribueret til ekspertlaboratorier.
  Samarbejdspartnere: Stanford University, University of California San Francisco og University of California Berkeley. Antoine de Morree var ansat på Standford University, før han kom til Aarhus Universitet.
  Studiet er lavet i samarbejde med den californiske NGO Donor Network West, og biopsierne blev taget på Stanford Health Care, som er et transplantationshospital. Det var her, den første vellykkede hjertetransplantation i USA fandt sted - ligesom den første kombinerede hjerte-lungetransplantation i verden.
• Ekstern finansiering: CZ Biohub og Chan-Zuckerberg Foundation
• Læs mere: Tabula Sapiens er det største celleatlas, der omfatter flere væv fra de samme menneskelige donorer. Det er det første, der inkluderer histologiske billeder af vævene og detaljer om mikrobiologien i tarmen. Læs den videnskabelige artikel her: www.science.org/doi/10.1126/science.abl4896

Kontakt

Lektor Antoine de Morree
Aarhus Universitet, Institut for Biomedicin
Mobil: +45 60 79 07 22
Mail: demorree@biomed.au.dk