Dette er de største gjennombruddene i 2013

Magasinet Science har kåret årets viktigste vitenskapsnyheter i året som har gått.

Publisert
Slik ser det ut når eksperimenter med solceller av perovskitt går galt. Likevel er materialet løfterikt, ettersom det er billigere og lettere å produsere enn tradisjonelle silisiumceller. (Foto: Matt Carnie / Swansea University)
Slik ser det ut når eksperimenter med solceller av perovskitt går galt. Likevel er materialet løfterikt, ettersom det er billigere og lettere å produsere enn tradisjonelle silisiumceller. (Foto: Matt Carnie / Swansea University)

I samarbeid med:


 

Topp-ti-lister florerer over hele nettet når enda et år er gått, og kanskje aller mest interessant blir det når fagbladet Science lister opp de største vitenskapelige gjennombruddene.

1. Immunterapi mot kreft skyter fart

Professor Johanna Olweus jobber innenfor feltet Science mener er årets største vitenskapelige gjennombrudd. (Foto: UiO)
Professor Johanna Olweus jobber innenfor feltet Science mener er årets største vitenskapelige gjennombrudd. (Foto: UiO)

En ny metode kan føre fram til en effektiv metode for å behandle kreft med kroppens egne immunceller.

Science mener nettopp immunterapi mot kreft er årets viktigste gjennombrudd. Professor Johanna Olweus ved Universitetet i Oslo forklarer:

– Hva er de viktigste funnene innen immunterapi i 2013 som gjør at det fortjener denne tittelen?

– Forskerne ved University of Pennsylvania og Memorial Sloan Kettering har nå uomtvistelig vist at man kan kurere former for B-celle leukemi som hittil er ansett som ikke kurable ved å bruke genmodifiserte T-celler. Dette er en liten revolusjon og gir nytt håp for mange kreftpasienter. I tillegg har man nå sett at antistoffer som blokkerer bremsene til T-cellene har godelangtidseffekter ved behandling av mange kreftformer, slik som anti-CTLA-4 og anti-PD-1 antistoffer.

– CTLA-4 og PD-1 har vært omtalt lenge, men det altså først i år at immunterapi har tatt av. Hva har grunnen vært, og hvilke problemer er blitt løst på veien? Finnes det andre, lovende behandlinger på trappene?

Slik skal kroppens eigne immunceller bli lurt til å drepe kreftceller. (Foto: Johanna Olweus, Universitetet i Oslo)
Slik skal kroppens eigne immunceller bli lurt til å drepe kreftceller. (Foto: Johanna Olweus, Universitetet i Oslo)

– Man må ha en viss observasjonstid for å se at en behandlingsform gir varig effekt. De siste årene er det for eksempel kommet ny behandling av føflekk-kreft som umiddelbart ga en frapperende effekt, men der pasientene raskt fikk tilbakefall. Nå har man sett at anti-CTLA-4 og anti-PD-1 antistoffer gir god effekt i mange pasienter også over lang tid.

– Hva vil immunterapi mot kreft bety de nærmeste årene? Hva slags behandlinger kan bygges, basert på gjennombruddene?

– Jeg tror at vi bare har sett begynnelsen. Det fantastiske med immunterapi er at immuncellene har evnen til å lete seg fram til kreftcellene hvor enn de befinner seg og drepe dem uten å skade nabocellene. Dette gir helt andre muligheter for å behandle kreft med spredning der tradisjonell kreftbehandling må gi tapt.

Musa til venstre har fått endra genmaterialet sitt i et forsøk ved Shanghai Institute for Biological Sciences. (Foto: JINSONG LI)
Musa til venstre har fått endra genmaterialet sitt i et forsøk ved Shanghai Institute for Biological Sciences. (Foto: JINSONG LI)

– Cellegift, stråling og kirurgi har ofte store begrensninger ved behandling av kreft med spredning fordi effektiv behandling samtidig vil skade eller ta livet av pasienten på grunn av bivirkninger. Hvis vi kan finne spesifikke angrepsmål på kreftcellene er håpet at immuncellene kan drepe dem like effektivt og selektivt som de dreper virusinfiserte celler. De nye resultatene i dette feltet gir håp til både pasienter og behandlere.

2. CRISPR

Crispr er en metode for å endre genmateriale. Ved hjelp av et bakterieprotein, kalt Cas9, kan forskere nå «operere» på genmateriale. I år har forskere publisert fler enn 50 studier, og fler enn tolv forskergrupper har rapportert at de har endret spesifikke gener i mus, rotter, bakterier, planter og menneskeceller.

En av gruppene har til og med rapportert at de har klart å nøytralisere et HIV-virus ved hjelp av metoden, men videre forskning er nok nødvendig.

Metoden er fortsatt i sin barndom, og forskere over hele verden er i full sving med å gjøre forsøk med CRISPR. Fortsatt er metoden for unøyaktig for utvikling av medisinske metoder, men stadig nye studier gjør veien fra til ny medisin stadig kortere.

3. Solceller av perovskitt

Materialet er potensielt billigere å lage solceller av, og i løpet av 2013 har det vært store framskritt innen denne typen solcellematerialer.

Effektiviteten (hvor mye strøm som genereres) er firedoblet på de siste fire årene.

Science har kåret dette til et av årets største gjennombrudd. Også i Norge forskes det på solceller, og på NTNU i Trondheim er førsteamanuensis Turid Worren Reenaas enig i Science' vurdering av perovskitt.

– Progresjonen i forskningen er veldig bra, og jeg har sterk tro på at høyeffektive solceller vil bli utviklet i løpet av de neste 10 – 20 årene. For å nå dette målet må man forske på nye materialer, og da kan perovskitter være én mulighet av mange, skriver hun i en e-post til NRK.no.

For fire år siden kunne solceller av perovskitt omdanne 3,8 prosent av sollyset til elektrisitet. I år oppnådde forskerne 15 prosent. Det er likevel langt unna tradisjonelle silisiumceller, som nå kan omdanne i overkant av 25 prosent til sollys.

Science skriver videre at det kan være heldig å kombinere solceller av perovskitt med silisium i flere lag, slik at cellene fanger opp stråling i flere bølgelengder og dermed oppnår høyere effektivitet. Både på UiO og NTNU forskes det på å kombinere forskjellige materialer i tilsvarende solcelletyper.

Reenaas jobber selv med et høyeffektivitetskonsept som kalles mellombåndsolceller, men har ikke brukt materialet Science nå hyller.

– Vi har allerede tenkt på å bruke perovskitter, men er usikre på om den elektriske ledningsevnen er god nok Men forskningen på bruk av perovskitter i solceller kan jo gjøre at man utvikler perovskitter som ikke finnes i dag, og som har de ønskede egenskapene, sier Reenaas.

Det er likevel noen skjær i sjøen. Perovskittcellene er skjøre, og brytes lett ned i kontakt med vann eller luft. I tillegg inneholder de bly, som er helseskadelig for mennesker og dyr. Forskningen ved både UiO og NTNU er rettet mot bærekraftige solceller, med materialer som er ufarlige for mennesker og natur.

4. Designet vaksine med kroppens egne antistoffer

I år har forskere innen strukturell biologi fått lovende resultater mens de har forsket på RSV-viruset.

Strukturell biologi studerer levende celler på nær atomnivå, og det er i studien av menneskelige antistoffer at forskere ved det amerikanske instituttet for allergi og smitteforskning har kommet opp med en metode som er løfterike for fremtidige vaksiner.

Forskerne isolerte et antistoff som hindrer det såkalte F-proteinet i RSV-viruset. Viruset bruker dette proteinet til å feste seg til menneskeceller, og ved å sette inn et F-protein uskadeliggjort med det nye antistoffet i forsøksdyr, fikk forskerne lovende resultater.

Metoden har også gitt noe framgang i forskning på en HIV-vaksine, men her ligger utviklingen langt bak forskningen på RSV. En eventuell ferdig vaksine er håpet å være klar for testing i løpet av halvannet år.

5. CLARITY

CLARITY er navnet på en metode som gjør det mulig å granske aktivitet i hjernen. Ved å tilsette en ny type kontrastvæske blir hjernemasse gjennomsiktig for skannerne. Bildet viser en én millimeter stor bit av hjernen fra en mus. Bildet er tatt i 3D. (Foto: Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, Howard Hughes' institutt for medisin/Stanforduniversitetet)
CLARITY er navnet på en metode som gjør det mulig å granske aktivitet i hjernen. Ved å tilsette en ny type kontrastvæske blir hjernemasse gjennomsiktig for skannerne. Bildet viser en én millimeter stor bit av hjernen fra en mus. Bildet er tatt i 3D. (Foto: Kwanghun Chung og Karl Deisseroth, Howard Hughes' institutt for medisin/Stanforduniversitetet)

CLARITY-metoden erstatter cellemembraner i hjernen med gjennomsiktige molekyler. Metoden gjør hjernemasse gjennomsiktig, og gjør obduksjoner av hjernen langt enklere. Hjernestrukturen som avsløres etter metoden er langt mer hardfør enn ved tidligere metoder, og tåler flere behandlinger med kontrastvæske og gjennomlysing.

6. Mini-organer

Forskere har i år klart å konstruere og printe ut små organer, som levre, nyrer og hjerner. Disse små organene kan komme til å erstatte dyreforsøk i framtida.

På NTNU i Trondheim er flere forskere tilknyttet såkalt regenerativ medisin og bruk av stamceller. Blant dem er Ioanna Sandvig, som forsker på bruken av disse cellene til å behandle hjerneslag og Parkinsons.

Sandvig sier at fordelen ved denne teknikken er at celler kan hentes fra pasienten selv, og at organer kan dyrkes fram uten fare for at kroppen støter dem fra seg.

– Jeg synes det er vel fortjent at disse forskningsresultatene når opp blant de 10 beste for 2013. Denne forskningen bygger på Nobelprisen i medisin i 2012, der forskerne viste at somatiske celler kunne gjøres om til stamceller. Med den nye forskningen kan vi se hvordan hjernen utvikler seg, og hva som kan gå galt i denne utviklingen, sier Sandvig.

– Hva slags potensial har dette gjennombruddet?

– Potensialet innen regenerativ medisin er stort. Dette er celler som er tatt fra pasienten selv, og om de har kapasitet til selvorganisering øker dette våre fremtidige muligheter til å reparere skader i vev og organer.

– Hva med etikken? Bruk av stamceller er jo ikke ukontroversielt?

Bilder tatt av Fermi-teleskopet tidligere i år hjalp astronomer til å forstå mer om kosmisk stråling. Bildet viser supernovaen W44. (Foto: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, ROSAT, JPL-Caltech, og NRAO/AUI)
Bilder tatt av Fermi-teleskopet tidligere i år hjalp astronomer til å forstå mer om kosmisk stråling. Bildet viser supernovaen W44. (Foto: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, ROSAT, JPL-Caltech, og NRAO/AUI)

– Noen blir skremt ved tanken på at man en gang i fremtiden kanskje vil prøve å dyrke hele menneskehjerner i laboratoriet. På det tekniske nivå som denne forskningen nå befinner seg er dette ikke noe aktuelt etisk problem. Det er allikevel viktig at man har en åpen debatt om alle disse mulige problemstillinger i samfunnet, sier Sandvig.

7. Kosmisk stråling kommer fra supernovaene

Endelig bevis ble funnet i 2013.

Det har de kunnet gjøre takket være rester av to supernovaer som er flere tusen lysår unna: W44 i stjernebildet Ørnen, og IC 443 i stjernebildet Tvillingene.
Forskerne fra Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology kunne se gjennom øynene til NASAs Fermi-teleskop. Dette teleskopet ser ikke vanlig lys, men gammastråler.

De gamle supernovaene gløder av slike gammastråler. Energien til strålene var så stor at budskapet til forskerne var klart: Her var det rykende geværet de hadde lett etter.

Mekanismen er slik: Protonene settes først i fart av kraftige magnetfelt i supernovaen. Dette kalles Fermi-akselerasjon.

Noen av protonene i disse kuleskurene treffer andre stillestående protoner i gass og støv rundt supernovaen. Da lages blant annet gammastrålene. De påvirkes ikke av magnetfelt, men går i rett linje helt til jorda.

8. Menneskelig kloning

På et laboratorium i den amerikanske delstaten Oregon har forskere endelig klart å få stamceller fra klonede menneskeceller. Ved å tilsette en ørliten dråpe koffein i cellene, så molekylene ut til å stabilisere seg, slik at de kunne utvikle seg.

Dette gjennombruddet har potensial til å endre livet for mange millioner syke mennesker, ettersom stamceller kan utvikle seg til alle type celler kroppen bruker.

Stamcelleforskning har tidligere vært kontroversielt, ettersom forskere har måttet bruke eggceller og dermed startet prosessen som leder fram til et menneskefoster.

Forskere ved Oregon medisinske universitet oppnådde i år å dyrke fram stamceller ved kloning av mennesker. (Foto: OHSU)
Forskere ved Oregon medisinske universitet oppnådde i år å dyrke fram stamceller ved kloning av mennesker. (Foto: OHSU)

Med den nye metoden brukes celler fra et voksent menneske til å konstruere celler for det samme mennesket – uten å produsere et menneskelig foster.

9. Hvorfor sover vi?

I dyreforsøk med mus har hjerneforskere sett at hjernen nærmest bokstavelig talt renser seg selv mens vi sover. Kanalene i hjernen åpner seg og lar mer hjernevæske strømme gjennom. Amerikanske forskere har gjort forsøk på mus som viser at cerebrospinalvæska blir pumpa rundt i hjernen mens de sover, for deretter å skylle ut avfallsprodukt som en slags organisk oppvaskmaskin.

I studien som er publisert i Science skildrer forskerne hvordan hjernecellene hos mus krympa mens de sov, noe som gjorde at mellomrommet mellom cellene i gjennomsnitt ble 60 prosent større. Dette gjorde at cerebrospinalvæska kunne strømme ti ganger raskere i hjernen til dyra enn når de var våkne.

10. Mikrobene er livsviktig for helsa vår

I år identifiserte forskere flere mikroorganismer fra kroppen vår, og målet er å kunne frambringe medisin som tar hensyn til vår livsnødvendige og forskjellige bakterieflora.

Vi har én trillion bakterieceller i kroppen, og vi bærer på tre millioner forskjellige DNA-strenger. Bakteriene lever i oss, og med oss, og de utfører en rekke kritiske oppgaver i kroppen vår. Flere forskergrupper publiserte rapporter der de brukte eksisterende bakterier i behandling av nyrestein, kreft og overvekt.