Det komplicerade samspelet mellan livets molekyler är Fredrik Hööks stora forskningsintresse. Men att kliva in i detta mikrokosmos och på nanonivå studera fenomen och partiklar – som proteiner, virus eller cellernas tunna höljen – kräver oerhört känsliga instrument.

– Många biologiska nanopartiklar kan, trots att de tillhör samma klass, vara väldigt olika i struktur och komposition. Därför kan vi inte alltid titta på dem som en homogen grupp, utan måste granska dem en och en. Det ställer extremt höga krav på mätverktygen, säger Fredrik Höök, som är professor i nano– och biofysik vid Chalmers tekniska högskola.

Fredrik Höök har själv drivit på utvecklingen inom området. Under de senaste decennierna har han tagit fram metoder och verktyg som har öppnat viktiga dörrar för den biomedicinska forskningen. Och i takt med att forskningsfrågorna blir alltmer avancerade, ökar efterfrågan på allt känsligare instrument.

– Det här kan beskrivas som en ömsesidig relation. Nya verktyg påverkar vilka svar vi forskare kan få, vilket väcker nya frågor som stimulerar oss att utveckla mer och mer avancerade instrument, säger Fredrik Höök, som beskriver de senaste tio årens förbättringar av bioanalytiska verktyg som fullkomligt svindlande.

– När jag började som forskare krävdes miljontals nanopartiklar för att kunna se om protein band till dem. Idag kan vi se hur protein binder till en enstaka nanopartikel. Inom optisk mikroskopi, där vi till exempel kan se processer genom att granska ljusspridning från partiklar, är den tekniska utvecklingen enorm. Vi kan få ut oerhört mycket mer information från bilderna än vad som tidigare varit möjligt, säger han.

Granskar hur partiklar tar sig in i cellen

Det är framför allt det som sker vid cellernas skyddande hölje – cellmembranet – som Fredrik Höök intresserar sig för. Cellmembran spelar en avgörande roll i många biologiska processer, och hur nanopartiklar samspelar med, och tar sig igenom, cellmembranen är en viktig fråga. Bland annat för att kartlägga hur virus tar sig in i cellerna, men också för att förstå hur läkemedel kan levereras in i cellen via konstgjorda nanopartiklar.

Den här typen av nya, biologiska läkemedel – som covidvaccinerna med budbärar-RNA (mRNA) är exempel på – gör att kroppen producerar ett protein som aktiverar immunförsvaret, så att bland annat antikroppar börjar tillverkas. Det stora problemet är att leveranseffektiviteten är mycket låg: bara någon procent av läkemedlet som är inkapslat i nanopartiklarna tas upp av kroppen.

Fredrik Hööks grupp ska bidra med viktig kunskap för att angripa problemet.

– Om det går att öka leveranseffektiviteten hos den här sortens målsökande läkemedel som programmerar om cellerna, då öppnas stora möjligheter. Vår forskargrupp försöker förstå exakt vad som händer i leveransögonblicket, när nanopartiklarna tar sig igenom cellmembranet och levererar sitt innehåll. Vi vill se vilka mekanismer som ligger bakom att leveransen är så låg. Jag är övertygad om att mer grundläggande kunskap om hur nanopartiklar tar sig igenom cellmembran kan leda till helt nya idéer om hur leveranseffektiviteten kan bli bättre, säger han.

Nya verktyg för studier på detaljnivå

För att lyckas kommer forskarna vidareutveckla oerhört känsliga mätinstrument inom ytkänslig optisk mikroskopi, som gruppen har arbetat med de senaste tio åren. Planen är att vässa verktygen ytterligare genom att bygga in de optiska komponenterna i ett chip, vilket underlättar hanteringen, minskar störande brus och gör det lättare att få ut tydlig information från bilderna.

De förbättringar av bioanalytiska verktyg som har skett de senaste trettio åren är fullkomligt svindlande.

Forskarna skapar också förenklade strukturer som efterliknar cellmembran, för att med hjälp av mikroskopiverktyget göra avancerade studier av hur cellmembran växelverkar med olika typer av nanopartiklar. Detaljnivån är hög: verktyget ger samtidig information om de enskilda nanopartiklars storlek, innehåll, struktur och hur dessa egenskaper påverkar deras funktion.

– Vi hoppas göra det möjligt att få en grundläggande förståelse för de fysikalkemiska egenskaper som ansvarar för fungerande läkemedelsleverans. Det är viktig kunskap för att kunna designa konstgjorda nanopartiklar som kan leverera läkemedel effektivare, säger han.

Glädje i att sprida forskningen

För Fredrik Höök är samverkan mellan forskningen och samhället viktig, och han har startat flera utvecklingsföretag för att de instrument och metoder som hans forskargrupp skapar ska bli tillgängliga för fler.

– Det är ett roligt sätt att sprida sin forskning. Ett av de första verktygen vi konstruerade, för analys av ytor i kontakt med biologiska system, finns nog i nästan alla världens laboratorier idag, säger han.

Det var intresset för matematik som väckte Fredrik Hööks intresse för fysikens värld, och så småningom förde in honom på forskarbanan. Han trivs framför allt med de många tvärvetenskapliga samarbeten som hans forskning kräver. Och genom åren har hans drivkrafter skiftat.

– Ett tag hade jag en dröm om att skriva en forskningsartikel om ett riktigt stort vetenskapligt genombrott, och visst finns det artiklar som jag är stolt över. Men alla möten med elever och doktorander, att lyckas väcka intresse för naturvetenskap och forskning, alla unga forskare jag har försökt stötta som nu för kunskap och angreppssätt vidare – det är vad jag verkligen kommer minnas när jag går i pension, säger han.
 

Text Ulrika Ernström
Bild Johan Wingborg