Vetenskapsområdet för teknik och naturvetenskap

Forskarprofilen: Carolina Wählby

Foto: Mikael Wallerstedt

Hon fogar samman livsavgörande pixlar

Hur påverkas celler av olika läkemedelsubstanser? Vilka genetiska förändringar döljs i tumörvävnader? Med hjälp av nya bildbehandlingsmetoder analyserar forskare stora provmängder snabbare och effektivare än någonsin. Ett av de mest avancerade verktygen för bildanalys bygger på forskning av Carolina Wählby, professor i kvantitativ mikroskopi.

Idag är det vanligt att biomedicinska experiment resulterar i tusentals mikroskopibilder. För att kunna utvinna och tolka information om tillstånd i celler, vävnader och organismer krävs automatiserade bildanalysmetoder. På några timmar levererar datorerna analyser som skulle ta en människa flera år att få fram manuellt, enligt Carolina Wählby.

– Med digital bildanalys kan jag och mina kollegor snabbt mäta hur celler reagerar på ett stort antal behandlingar. Det går ju inte att testa 250 olika läkemedel på en patient, men vi kan ta ut patientens celler och odla dem i små hål, eller brunnar, i plastplattor. Sedan tillsätter vi olika läkemedelsubstanser i olika brunnar och avbildar cellerna genom ett fluorescensmikroskop, förklarar hon.

– Där ser vi redan att kända läkemedel som används idag har olika effekt på cellnivå, och ibland olika effekt på celler från olika patienter. För att mäta dessa effekter behöver vi avancerad programvara. 

Dataprogrammen Carolina Wählby utvecklar grundar sig på matematiska algoritmer som kan identifiera objekt och mäta form, färg och mönster. Här omvandlas observerbara egenskaper till siffror som avslöjar samband det mänskliga ögat lätt kan missa.

– Vi försöker kvantifiera förändringar i celler och vävnad vid olika sjukdomstillstånd, allt från cancer till hudförändringar, och hur UV-ljus påverkar cellerna i ögats lins. I ett av våra projekt har vi också hittat på några nya bildfiltreringsalgoritmer och metoder för att snabbt och effektivt hitta bildobjekt av en given storlek.

Men hur effektiva och reproducerbara metoderna än är så innebär de ändå kompromisser, menar Carolina Wählby.

– Det är svårt att få till både data och analys perfekt, mycket beroende på biologisk variation. Där får metoderna inte vara alltför känsliga. Även om du har celler som är kloner av varandra så är de inte likadana. Naturen i sig är ju inte ettor och nollor.

Det var en önskan att kunna mäta orsak och verkan som en gång ledde in henne på bildanalysbanan.  Efter att ha läst civilingenjörsprogrammet i molekylär bioteknik i Uppsala gjorde hon sitt examensarbete på Karolinska Institutet i Stockholm. Där fick hon bland annat odla celler som fotograferades i mikroskop.

– En dag sa min handledare, ”nu måste vi få in lite siffror också, du kan printa bilderna på ett papper och sen kan du be labbassistenten räkna prickarna från bilderna.”  Men det hade jag inte hjärta att göra - labbassisten var en fantastisk äldre dam som jag hade otrolig respekt för. Att be henne sitta och räkna prickar fanns inte i min värld, skrattar Carolina Wählby.

Hon beslöt sig för att själv lära sig digital bildbehandling och hoppade på en kurs vid Centrum för Bildanalys på Uppsala universitet. Därefter följde en doktorandtjänst i digital bildanalys hos professor Ewert Bengtsson vid institutionen för informationsteknologi. Idag leder hon en egen forskargrupp vid samma institution.

– Vårt laboratorium arbetar mycket med bilddata som produceras på SciLifeLab. Dessutom har vi ett dussintal andra samarbeten med forskare runtom i Sverige och resten av världen. Vi jobbar bland annat med modellorganismer för att testa läkemedel på en storskalig nivå. En av våra organismer är den 1-millimeter långa rundmasken Caenorhabditis elegans som vi använder för att hitta nya anti-infektiösa terapier och gener inblandade i fettmetabolism.

Många av forskarkontakterna knöt Carolina Wählby under sina sex år på Broad Institute of Harvard and MIT i Cambridge, Massachusetts i USA. I sitt jobb som projektledare fick hon chans att vara med och utveckla vad hon anser vara sitt största bidrag till forskarsamhället, CellProfiler.

– Det är en programvara som även kan användas av biomedicinska forskare utan IT-bakgrund för att mäta och analysera mikroskopiska förändringar på cellnivå. Just att hitta cellerna, det första steget innan man kan mäta på dem, är baserat på min doktorsavhandling.

CellProfiler kräver bara en PC eller Mac-dator och är gratis att ladda ner och använda. Då källkoden är helt öppen står det vem som helst fritt att bygga vidare på den.

– Att vi kunnat göra de här metoderna så tillgängliga för så många är väldigt kul. Varje dag publiceras drygt två nya vetenskapliga artiklar som använder verktyget. På så sätt lyfter vi forskningen brett och bistår många olika vetenskapsområden.

I ett annat uppmärksammat projekt har hennes forskargrupp i Uppsala samarbetat med Mats Nilssons grupp vid SciLifeLab och Stockholms universitet. Vad de kunnat visa är ett nytt sätt att mäta var i en vävnad olika gener är aktiva. För att visualisera genuttrycket vid olika bildupplösning arbetar forskarna med verktyg som liknar Google Maps, där genuttryck kan visas eller döljas på samma sätt som man kan visa eller dölja vägar och vägnamn när man tittar på flygfoton, förklarar Carolina Wählby.

– Det blir extra intressant när man vill ta reda på skillnader mellan normal vävnad och cancer och veta mer om vilka sorters celler, som till exempel immunceller, som är aktiva vid ytan av en tumör. Verktyget, som går under arbetsnamnet Tissue Maps, gör det möjligt att studera resultaten vid olika upplösning och välja att visa olika typer av information som lager ovanpå originalbilden.

Hon avslutar:

– Det kan ge viktiga svar när det gäller individuella variationer i exempelvis cancertumörer, och förhoppningsvis leda till bättre förståelse av sjukdomsförloppet och att patienterna får bästa möjliga behandling. 

Anneli Björkman

FAKTA CAROLINA WÄHLBY

Titel: Professor i kvantitativ mikroskopi vid Centrum för bildanalys, avdelningen för visuell information och interaktion vid institutionen för informationsteknologi, Uppsala universitet.

Ålder: 41

Familj: Man och tre barn, 8, 10 och 13 år gamla

Fritiden: Tillbringar jag helst ute i naturen med familjen. Är scoutledare och spelar innebandy.

Dold talang: Är ganska bra på att snickra möbler. När jag sist räknade hemma fick jag ihop mina alster till fyra skåp plus några stolar.

Gör mig glad: Min familj. Tidiga morgnar i Hågadalen med hunden. Bra idéer o kreativa sätt att angripa forskningsfrågor. Att se andra växa.

Möt fler av våra forskare

Vi bygger hela tiden på med fler porträtt av våra forskare där de berättar om sin forskning och där man även får en känsla för människan bakom forskningen.

Se alla forskarporträtt