PolluSense - Måla celler i realtid: Identifiering av biomarkörer för nya insikter om industriella föroreningars påverkan på vårt immunförsvar

Luftföroreningar är en av de viktigaste miljöutmaningarna för människors hälsa. Luftburna partiklar från industriella processer, trafik och andra mänskliga aktiviteter har kopplats till en ökad risk för luftvägssjukdomar, hjärt-kärlsjukdomar och kroniska inflammatoriska tillstånd (Landrigan et al., 2018; Fuller et al., 2022).

PolluSense är ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt som undersöker hur luftburna partiklar påverkar det medfödda immunförsvaret, kroppens första försvarslinje mot ämnen som vi exponeras för i vår omgivning. Projektet fokuserar särskilt på NLRP3-inflammasomen, ett cellulärt signalsystem som spelar en central roll i utvecklingen av inflammation efter exponering för partikelformiga föroreningar (Barnett et al., 2023; Zheng et al., 2018). Trots att inflammasomaktivering är välkänd som en viktig mekanism bakom partikelinducerad inflammation är dess koppling till bredare förändringar i cellers funktion och beteende fortfarande otillräckligt förstådd.

Förutom att aktivera inflammatoriska processer kan partikulära föroreningar påverka immuncellers morfologi, det vill säga deras form, struktur och inre organisation. Förändringar i cellernas utseende, cytoskelett, rörelsemönster och interaktioner med omgivningen kan ge värdefull information om hur celler reagerar på miljörelaterad stress. Exponering för partiklar, särskilt nanopartiklar, har visats påverka flera viktiga cellulära funktioner, inklusive celladhesion, migration och fagocytos (Alijagic et al., 2023; Cameron et al., 2022; Tian et al., 2021). Sådana morfologiska förändringar sker ofta parallellt med förändringar i cellernas fysiologi och kan därför ge viktiga ledtrådar om tidiga biologiska effekter av exponering. Sambanden mellan inflammasomaktivering, förändrad cellmorfologi och immunfunktion är dock fortfarande till stor del outforskade.

För att studera dessa komplexa processer kombinerar PolluSense expertis inom immunologi, toxikologi, avancerad mikroskopi och datavetenskap. Med hjälp av högupplösande mikroskopi och bildbaserade analysmetoder, såsom Cell Painting, kan projektet kartlägga både inflammatoriska signalvägar och förändringar i cellmorfologi med hög detaljrikedom (Bray et al., 2016; Cimini et al., 2023). Genom att studera levande immunceller över tid blir det möjligt att följa hur cellulära responser utvecklas efter exponering för olika typer av partiklar. Avancerad bildanalys och maskininlärning används för att identifiera subtila mönster och biologiska responser i stora och komplexa datamängder (Chandrasekaran et al., 2021; McInnes et al., 2018).

En särskild del av projektet handlar om att förstå effekterna av partiklar som förekommer i arbetsmiljöer och andra verkliga exponeringssituationer. Jämfört med luftföroreningar i den allmänna miljön kännetecknas många yrkesrelaterade exponeringar av högre partikelhalter och partiklar med särskilda fysikaliska och kemiska egenskaper, såsom metaller, kvarts, mikroplaster och nanoplaster (Steinle et al., 2015; Sonwani et al., 2021). Dessa partiklar kan nå de djupare delarna av luftvägarna, interagera direkt med immunceller och utlösa inflammatoriska processer som kan påverka flera organ och vävnader (Riediker et al., 2019; Boraschi et al., 2017).

Genom att integrera studier av inflammasomaktivering, cellmorfologi och partikelexponering bidrar PolluSense till en ökad förståelse för hur miljöföroreningar påverkar immunceller på molekylär och cellulär nivå. Projektet adresserar centrala kunskapsluckor inom området och ger nya perspektiv på samspelet mellan luftföroreningar, inflammation och människors hälsa.

Forskningsprojekt

• Cell Painting-based toxicophenomics
• BioBreath - Utandningsluft som verktyg för att mäta kvartsdamm-exponering, samt dess inverkan på lunghälsan