Kan man via enzymet AEP finde en mere langtidsholdbar behandling af osteoporose? Mon der findes en klinisk anvendelig biomarkør til at udpege de patienter, som har ringe effekt af kemo- og strålebehandling i forbindelse med endetarmskræft? Kan man bedre identificere de patienter med hudsygdommen hidrosadenitis suppurativa (HS), som har en øget risiko for hjerte-kar-sygdomme? Kan man via genvarianter finde præcisionsmedicin til børn med svær epilepsi, som ikke er blevet overvejet før? Og hvilken rolle spiller det pulmonale lymfesystem i forhold til, at mennesker med medfødt hjertefejl senere i livet har nedsat lungefunktion og en øget dødelighed?
Det er – i grove træk – hvad fem danske medicinstuderende netop nu sidder i San Francisco og forsker i. De er alle optaget på DARE Fellowship-programmet på henholdsvis Stanford University og University of Cali¬fornia, San Francisco. Programmet, der har kørt i ti år og ledes af Innovation Centre Denmark i Silicon Valley med støtte fra Lundbeckfonden, er et ti måneder langt forskningsophold for medicinstuderende, der som minimum har bestået bacheloruddannelsen og udviser et særligt talent.
Vi har talt med de fem talentfulde medicinstuderende om, hvad netop de forsker i – og håber at få ud af opholdet i San Francisco.
Det er næppe hjertet, som er første fokusområde som undersøgelsesgenstand, når en hudlæge tager imod en patient. Naturligt nok, sådan set. Men lige når det kommer til hudsygdommen hidrosadenitis suppurativa (HS), så er hjertet et sted, hvor der kan være behov for at være obs.
Men hvilke patienter med HS er det mere præcist, man skal være opmærksom på? Det er det, Valdemar Wendelboe Nielsen i øjeblikket forsker i på University of California i San Francisco, hvor han er i gang med sit ti måneder lange DARE Fellowship.
HS er en kronisk inflammatorisk hudsygdom, som viser sig ved bylder, sivende fistler og arvævsdannelse. Hyppigst i armhuler, lyskeområder og i de anogenitale områder. En ifølge Valdemar Wendelboe Nielsen ofte invaliderende sygdom, som går voldsomt ud over patienters livskvalitet – og som er forholdsvis udbredt og rammer omkring 1% af befolkningen.
»Men det er en overset gruppe i klinisk praksis. Der går ofte 7-10 år fra symptomstart til man får stillet en HS-diagnose. Ligesom der heller ikke er supereffektive behandlingsmuligheder«, fortæller Valdemar Wendelboe Nielsen om de behandlingsmuligheder, som indbefatter cremer, antibiotika, biologisk behandling med antistoffer og kirurgi.
Som om det ikke var nok, og her er vi fremme ved Valdemar Wendelboe Nielsens forskning, så ledsages sygdommen af en række systemiske komplikationer. Herunder en øget risiko for hjertekarsygdomme.
»Vi kan se i de danske patientregistre, at der er en øget risiko, men de dybere mekanismer og risikofaktorer er ikke undersøgt helt til bunds endnu. Vi har et nyt stort dansk studie, hvor man definerer forskellige subtyper af HS ud fra sværhedsgrad, og hvor på kroppen, sygdommen optræder. Målet med min forskning er, at vi ud fra de subtyper kan blive bedre til at risikostratificere de her patienter ud fra kliniske og parakliniske faktorer«, siger Valdemar Wendelboe Nielsen.
Til det formål sidder Valdemar Wendelboe Nielsen med data indsamlet fra både HS-ambulatoriet på Bispebjerg Hospital og et HS-ambulatorie i San Francisco. To meget forskellige patientpopulationer. Det danske, som er meget homogent og det amerikanske, som, hvad angår etnicitet, er langt bredere. I øjeblikket er han i gang med at udvide kohorten med data fra yderligere lande for at udtænke studiet på et mere globalt niveau.
»Med den større bevidsthed om HS som en systemisk sygdom og ikke kun en hudlidelse, så er det oplagt at blive klogere på, hvordan vi kan identificere de her patienter i klinikken, der er i øget risiko for at udvikle hjerte-kar-sygdomme senere i livet, så vi tidligere kan sætte ind med specialiseret behandling«, siger Valdemar Wendelboe Nielsen, der på sigt – måske ikke så overraskende – har planer om at blive hudlæge, fordi netop det speciale er så patientnært og »handler om at bruge sine basale sanser som at se og mærke«.
Inden da drømmer han om at færdiggøre en ph.d., trække på sit internationale netværk og inddrage nogle af de erfaringer, han har gjort sig under sit amerikanske ophold.
»Noget af det, jeg synes har været meget interessant herovre er det fokus, der er på, at forskningen skal være meget kliniknær og meget hurtigt kunne komme patienterne til gavn. I Danmark er der mere en tradition for, at man godt kan lave basic science, uden at det nødvendigvis skal kunne oversættes til dagligdagen med det samme. Her synes jeg, at det har været meget inspirerende at være i et miljø, hvor det kliniske og forskningen går så meget hånd i hånd for at forbedre patientbehandlingen – og med fokus på også at ramme befolkningsgrupper, som ikke normalt er repræsenteret i forskningen«.
I San Francisco har Cordelia Katharine Lindhard Smidth netop, da vi snakker med hende, sendt de sidste hjerner fra sin musemodel til gentranskriptomi-sekventering. Om få dage skal hun på en konference præsentere den ¬menneskelige del af sit forskningsprojekt, en kohorte af ¬patienter, der lider af en meget sjælden form for genetisk epilepsi. Forude venter et forår fyldt med de sidste analyser.
Cordelia Katherine Lindhard Smidth befinder sig på Stanford University i San Francisco på et DARE Fellowship. Her er hun i fuld gang med et forskningsprojekt, som via genetiske studier forhåbentlig finder svar på en mere effektiv præcisionsmedicin til børn med svær epilepsi. Epilepsi er en af de hyppigst forekommende neurologiske diagnoser hos spædbørn, og man har identificeret, at for 25% af børn, som har svær epilepsi, er det genetiske årsager.
»Men der er endnu ikke særlig gode behandlingsmuligheder for den her patientgruppe. For nogle virker den medicin, vi har, nogenlunde, men er forbundet med en masse bivirkninger. For andre virker den simpelthen ikke. Så vi ser desværre tit børn, som ender med at blive ved med at få epilepsiske anfald og dermed risikerer en ret voldsom kognitiv nedadgående udvikling«, siger Cordelia Katherine Lindhard Smidth, der har været optaget af hjernens allertidligste fase, siden hun skrev bachelorprojekt på Københavns Universitet om netop epilepsi blandt neonatale børn med hypoksi.
Hendes forskning på Stanford University drejer sig konkret om GABRB3. Et gen, som koder for en del af GABA-A receptoren, der er en helt afgørende spiller i centralnervesystemet i forhold til epilepsi, og som er associeret til Lennox-Gastaut syndrom i børn.
»Den enkelte genfejl, jeg kigger på, er virkelig sjælden. Lige nu sidder jeg med en kohorte på 77 patienter. Og det er fra hele verden. Men de resultater, jeg får, kan sagtens tale ind i en masse andre genetiske epilepsier, der ligner den. Og så er det nogle helt andre tal«.
Forskningen følger som nævnt to hovedspor: et menneskeligt og et med mus.
Menneskerne først. Med sig til USA har hun fra det danske epilepsicenter Filadelfia en database med patienter, der har netop denne form for sjælden genetisk epilepsi. Ved analyse af dem skal hun forstå deres fænotyper og identificere de genvarianter, som fører til svær epilepsi.
Imens kigger hun på musene. Mus, der har samme genfejl som de berørte patienter, bliver med implanterede EEG-elektroder på kraniet fulgt, og efter bekræftet epilepsi på EEG, bliver deres hjerner udtaget og genanalyseret for at undersøge de biologiske processer, som er ændret i de mus, som har epileptiske anfald, sammenlignet med dem, som ikke har.
»Og til sidst matcher vi de resultater med en drugdatabase, hvilket betyder, at vi forhåbentlig kan identificere præcisionsmedicin, som kan anvendes til de her børn, som ikke er blevet overvejet før. Det gode ved drug repurposing er, at det tit handler om stoffer, som allerede er FDA-godkendt i USA, så man lettere kan igangsætte kliniske trials. Det ideelle vil være at afprøve det i musemodellen først. Der er et helt års ekstra forskning dér – men det er noget Knowles laboratoriet på Stanford vil arbejde videre med, når jeg er taget hjem«.
Når hun afslutter sit DARE Fellowship håber hun meget at fastholde kontakten til USA. Og hun ved, at hun kommer til at tage noget af den amerikanske forskningskultur med hjem til Danmark.
»Det er en ekstremt kreativ proces at være i laboratorium herovre. Der er meget samarbejde, dialog og vidensdeling på tværs, som jeg nogle gange savner derhjemme. Der er mange muligheder og kort fra idé til handling, og selv om jeg er yngstemand i laboratoriet, har jeg virkelig oplevet, at der bliver lyttet til mine idéer om, hvad jeg synes kunne være spændende at afprøve«, siger Cordelia Katharine Lindhard Smidth, der allerede har planer om at fortsætte med et ph.d.-studie i epilepsi hos for tidligt fødte børn efter KBU.
Vi bliver ældre og ældre. Og i og med, at osteoporose, knogleskørhed om man vil, er en aldersbetinget sygdom, der rammer cirka én ud af tre kvinder og én ud af fem mænd over 50 år, så er der al mulig grund til at blive videnskabeligt klogere på netop det felt.
Så det gør Clarissa Schmal netop nu på et DARE Fellowship på Stanford University i San Francisco.
»Ud over at vi forhåbentlig kan gøre livet bedre for en masse patienter, så de undgår frakturer, så vil det også i det lange løb kunne spare os for mange ressourcer, hvis vi kan finde lægemidler, der virker effektivt i lang tid«, siger Clarissa Schmal.
For det er dét hendes forskning handler om. Den behandling, der – foruden at forhindre knoglenedbrydning – stimulerer knogledannelse. Til det formål er der to anabolske lægemidler, teriparatid og abaloparatid, der er målrettet PTH. Problemet er bare, at de kun virker i 1-2 år, før behandlingseffekten begrænses så meget, at den ikke længere kan retfærdiggøres.
»Vi ser fænomenet på tværs af de fleste anabolske lægemidler, vi har til osteoporose. Det er ikke sådan, at behandlingseffekten helt ophører, men det, vi ser, er, at man kun kan øge knogledensiteten til et vist punkt, som ligger under det raske niveau, hvor man kan sige, at risikoen for frakturer ikke længere er øget. Det er det punkt, du rammer efter et til to år afhængig af behandlingsregimet. Men ingen forstår rigtig, hvorfor knoglen opnår et plateau, som vi ikke formår at overskride«, siger Clarissa Schmal.
»Og det er jo et problem, fordi rigtig mange mennesker skal leve med osteoporose i mange, mange år«.
At finde svaret på det »kæmpe spørgsmål«, PTH-resistensen, ligger da også en del ud over, hvad Clarissa Schmal forventes at opnå i løbet af sine ti måneder på Stanford University. Men mindre kan også gøre det. Dét, hun gør, er at kombinere to forskningsgruppers interesserer: Sin egen danske vejleder i Jafari Group i Danmark, der forsker i, ¬hvilken rolle enzymet asparaginyl endopeptidase (AEP) spiller i udviklingen af PTH-resistens og Wu Group på Stanford University, der er ekspert i PTH-behandling.
»Vi er interesserede i, hvad der sker, hvis vi bruger begge lægemidler samtidig. Vi tror på, at de kommer til at interagere med hinanden, men selv hvis de ikke gør, så er det spændende at se, hvad der sker, når vi behandler med to anabolske lægemidler samtidig. Hvis vi f.eks. bare når behandlingsplateauet hurtigere, end vi ellers ville gøre, så vil det jo ikke nødvendigvis gavne patienter med osteoporose«.
»Patienterne« lige nu er mus. Her kører Clarissa Schmal i to spor. Dels et spor, hvor hun isolerer mesenkymale stamceller fra mus og behandler dem med de to stoffer. Det går ikke helt som planlagt, blandt andet fordi stamcellerne er meget heterogene. Og dels et stort studie – som går bedre – med 40 mus, som bliver injiceret med enten PTH-analoger, en inhibitor for AEP eller begge dele. Her er hun på anden kohorte næsten færdig og skal bruge det næste halve år på at analysere deres væv.
Clarissa Schmal, der blev fanget af molekylær medicin og basic science tilbage på medicinstudiets andet semester, hvor cellebiologi var på skemaet, satser på en karriere, hvor hun kan fortsætte med at forske.
»Jeg synes, at det er enormt spændende at være kreativ i mit arbejde i at finde løsninger til patienterne. Det vil jeg gerne blive bedre til og bruge i min hverdag fremover. En ting, som jeg synes er meget spændende herovre, er, hvordan basic science er meget tættere på den kliniske verden end derhjemme. Mit indtryk fra Danmark er, at de fleste professorer fokuserer på enten klinisk forskning eller basic science. At bringe de to verdener tættere på hinanden har et stort potentiale for at bidrage til translationel forskning. Det vil jeg gerne tage med hjem til Danmark«.
På Stanford University i San Francisco sidder Munalisa Begum med eppendorfrør og pipetterer frem og tilbage, nedbryder vævsblokke med paraffin og trækker både DNA og RNA ud af prøverne og sender dem til gensekventering. Vævsprøverne er taget op af fryseren hjemme i Danmark og sendt til den amerikanske vestkyst og stammer fra patienter diagnosticeret med endetarmskræft.
Gensekventeringen er en lang proces, forklarer hun. Men her fire måneder inde i sit DARE Fellowship er hun efterhånden bekendt med de metoder, som hendes amerikanske vejleder selv har udviklet.
Målet med studiet er at kunne identificere de patienter, som er stråleresistente i forbindelse med endetarmskræft. For sagen er den, at omkring 20% af patienterne med endetarmskræft har begrænset eller ingen effekt af den kombination af kemo- og stråleterapi, der gives for at skrumpe tumoren mest muligt inden operation.
»De har i hvert fald ikke så stor respons, som man kunne håbe på i forhold til de bivirkninger og den tid, der skal lægges i at få behandlingen. Disse patienter ser man samtidig har en betydeligt højere risiko for tilbagefald og dårligere overlevelse. Så hvis vi kan finde en biomarkør – en sladrehank – til at finde de patienter, der er i øget risiko for at være stråleresistente, så vil man kunne tilbyde dem en bedre behandling ved f.eks., at de bliver opereret tidligere. Og så kun give strålebehandling til de patienter, som faktisk har gavn af den«, siger Munalisa Begum.
»Så det er det, vi leder efter genetisk«.
I øjeblikket sidder hun og studerer 50 vævsprøver sendt fra danske patienter med tilbagefald i endetarmskræft. Tidligere har teamet kigget på 150 vævsprøver fra diagnosetidspunktet.
»Måske er den genetiske forklaring ikke det hele. Men hvis vi kan finde en markør, der sender patienterne i den rigtige retning, så er det et vigtigt skridt«.
Der er behov for at finde det. For det handler om rigtig mange mennesker. Globalt set er kolorektal cancer, herunder endetarmskræft, den tredje mest hyppige diagnosticerede kræftform. Som tilmed har ringe overlevelsesgrad. For endetarmskræft ligger femårsoverlevelsen på 60%.
»Det er da heller ikke første gang, at der bliver lavet studier på det, men indtil videre er det ikke nået ud i klinikkerne. Måske fordi, at man ikke har kigget på nok prøver endnu til at kunne finde en signifikant biomarkør. Noget af det nye vi gør i det her studie, ud over at øge sample size, er, at vi ikke kun kigger på biopsierne, fra når patienterne blev diagnosticeret, men også på de biopsier, der er taget fra de samme patienter, hvis de har fået tilbagefald. Siden patienterne med stråleresistens også er dem, der ofte får tilbagefald, så kan vi endnu bedre lede efter genetiske tumorkarakteristika for stråleresistensen med -klinisk relevans«, siger Munalisa Begum.
Hun blev selv optaget af onkologien, da hun skrev bachelorprojekt om mavesækskræft. I øvrigt med den samme vejleder, som nu er hendes danske vejleder på DARE-projektet. Og som i forvejen havde et samarbejde med det laboratorie, hvor hun nu sidder og gensekventerer på Stanford University.
Hun drømmer om i sin videre karriere at komme til at forske endnu mere. Og når hun om seks måneder vender hjem til Nordjylland, så er det – foruden stor personlig udvikling – med en oplevelse af forskning på en anden måde end hjemme i Danmark.
»Det har været helt enormt givende at komme herover og ind i et miljø, hvor folk er så passioneret og drevet af deres forskning. Altså, det gør man jo også i Danmark. Men drivet er bare på en vildere måde herovre. Det er utrolig inspirerende«.
Igennem mange år har man effektivt og med rigtig gode resultater – enten kirurgisk eller kataterbaseret – kunnet lukke defekten ved medfødte hjertefejl, som f.eks. ventrikel septum og atrieseptumdefekter. Og dermed også lukke for de shunts, der øger den pulmonale blodgennemstrømning, som belaster både højre ventrikel og lungerne.
I nyere forskning, blandt andet fra Noah Nilssons egen vejleder, tyder det imidlertid på, at patienterne trods lukning af defekten senere i livet har fortsat nedsat lungefunktion og en øget dødelighed.
»Efter at kohorten af shuntpatienter er blevet gamle nok til, at man kan lave long-term followupstudier på dem, har man for nylig fundet, at de har både øget mortalitet og morbiditet, og vi kan se, at de har kompromitteret lungefunktion. De har måske haft øget pulmonal blodgennemstrømning i blot få uger eller måneder som børn, inden de er blevet opereret, men som voksne lider de stadig under det. Hvordan kan det så være?« ridser Noah Nilsson sit eget forskningsprojekt op.
Noah Nilsson, der om ikke altid, så i hvert fald som medicinstuderende altid har fundet hjerte-lungefysiologien spændende, fordi den er så logisk, er netop nu i gang med sit DARE Fellowship på University of California, San Francisco (UCSF).
Her skal han forsøge at svare på sit eget spørgsmål ved at se nærmere på det pulmonale lymfesystem. Hvilke gener her spiller en rolle? Hvorfor bliver de påvirket, efter at shunten er lukket? Og hvilken medicin kan vise sig effektiv til at løse udfordringen?
»Lymfesystemet og især dets rolle i kardiovaskulær sygdom er virkelig terra incognita. Det har tidligere ligget som noget sekundært til det rigtige kardiovaskulære system, og man har ikke interesseret sig for det. Man har godt vidst, at komplikationer kan opstå i lymfesystemet, især ved medfødt hjertesygdom, men nu er man i langt højere grad begyndt at se, at dysfunktion i lymfesystemet faktisk kan bidrage til sygdomspatogenesen«, siger Noah Nilsson.
»Det er det, jeg er taget herover for at undersøge. Kan den påvirkede lungefunktion og øgede dødelighed skyldes, at det livsvigtige pulmonale lymfesystem under øget pulmonal blodgennemstrømning i barndommen bliver irreversibelt dysfunktionelt?«
Det gør han ved blandt andet at analysere genekspressionsdata, som er hypotesegenererende, og ligger til grund for, hvilke proteiner og signalveje han vil undersøge i cellerne. Det arbejde begynder de på i næste uge.
Og ved sammen med andre forskere på UCSF at arbejde med en lammemodel, hvor de indopererer shunts, mens lammet endnu er i moderens mave. To måneder efter fødslen lukker de shunten for at undersøge, hvilke skader på hjerte, lunger og lymfesystem, der er reversible, og hvilke der er irreversible. Det undersøges blandt andet ved blodprøver, skanninger af hjertet, lungerne og lymfesystemet samt ved en direkte ex vivo test af lymfekarrenes funktion – en teknik, forskerne på UCSF har lært fra Noahs Nilssons danske forskningsgruppe.
I de lymfatiske endothelceller arbejder Noah Nilsson med at undersøge Ras-MAPK-signalvejen, og hvorvidt et repurposed kræftpræparat, som har vist sig effektiv i behandlingen af lymfesygdomme i RASopati-syndromerne, kan bedre endothelcellernes funktionelle egenskaber.
»Der er nogle laboratorieteknikker og forskningsmetoder, jeg har lært herovre, som jeg føler er helt uvurderlige. Her i USA er det som om, at ALT er muligt – du skal bare selv finde ud af gøre det på en eller anden måde. Ikke at man ikke kan få god vejledning. Men det bliver forventet, at man selv prøver en masse ting af, ligesom det nærmest bliver forventet, at man tager nogle skud, som man misser. Hvor der er i Danmark måske er lidt klarere instruktioner. Det har sgu været sjovt at prøve«.
