Oppskriften høres enkel ut: Ta en porsjon endotelceller (som danner selve åreveggene), en porsjon glattmuskelceller (som forsterker blodårene på utsiden) og en porsjon matriksproteiner (som omgir cellene og danner bindevev i kroppen).

La disse virke sammen et par dager under de riktige forholdene, og vips, så vokser cellene sammen og blir til nettverk av blodårer.

Forskere innen biomedisinsk  jobber iherdig for å få celler til å danne nytt vev. Men alt vev trenger blodtilførsel for å overleve.

Professor James Lorens og hans gruppe ved Institutt for biomedisin ved Universitetet i Bergen bruker nanoteknologi for å studere hva som skal til for å få celler til å danne nye blodårer, både i og utenfor kroppen.

I neste omgang brukes denne kunnskapen til å studere molekylære mekanismer som styrer utvikling av kreft.

Etterligner kroppens prosesser

Forskerne studerer hvordan celler vekselvirker med hverandre og med syntetiske biomaterialer på nanoskala. Hensikten er å forstå og etterligne cellenes naturlige prosesser.

Slik forståelse er essensiell i regenerativ medisin og utviklingen av nytt vev, på engelsk kalt «tissue engineering».

– Et ideelt implantat skal etterligne kroppens naturlige vev og gi cellene signaler om hvordan de skal vokse og utvikle seg. Topografien på nanoskala er viktig for å kontrollere hvordan dette skal skje, sier Lorens.

Nanoteknologi gir nye muligheter for å utvikle biomaterialer som styrer celleutviklingen slik at nytt vev vokser inni eller inntil et implantat. Implantatet fungerer som vekststativ i et område i kroppen der det har oppstått et hulrom etter en skade eller sykdom.

Et eksempel er når stamceller danner nytt beinvev til erstatning for skadet eller fjernet bein. 

– En hovedutfordring i all vevsbygging er imidlertid å sikre blodtilførsel til det nye vevet, med andre ord å sørge for at det dannes blodkar i vevet, understreker Lorens.

Selvbyggende blodårer

Bergensmiljøet ser derfor særlig på prosessene som ligger til grunn for dannelsen av blodårer i kroppen.

– Målet er å plassere de tre blodkarskomponentene inn i et implantat der celler vokser sammen til nytt vev, forklarer Lorens.

Lorens’ gruppe har lykkes i å få denne prosessen til å skje både i petriskåler på laboratoriet og i små svamplignende implantater i forsøksdyr.

– I forsøksdyrene har vi påvist blodkardannelse i syntetiske implantater sier Lorens.

– I neste omgang vil vi se på mer spesifikke vev, som for eksempel bein.

Nå er UiB-gruppen, sammen med forskere fra Institutt for klinisk odontologi, med på et stort integrert prosjekt under EUs 7. rammeprogram, VascuBone, der målet er å forbedre blodkarsdannelse under regenerering av nytt beinvev.

Påvirker cellenes kommunikasjon

Forståelsen av hvordan celler kommuniserer er viktig for å etterligne de cellulære prosessene, og er noe Lorens’ gruppe studerer nøye. Hva en celle utvikler seg til, er avhengig av signaler den får fra andre celler og omgivelsene rundt seg. 

– Ett av aspektene vi ser på er hvordan ulike celletyper kommuniserer, som i vårt tilfelle endotelceller og glattmuskelceller, og hvordan vi kan bruke dette når vi lager blodkar, sier Lorens.

Gruppen studerer også hvordan cellekommunikasjonen kan påvirkes ved hjelp av nanoteknologi. Til dette plasseres cellene på et nanostrukturert biomateriale, som er overflatebehandlet med spesifikke molekyler som gir bestemte signaler til cellene.

Ved et nytt laboratorium for bionanoteknologi studerer Bergensgruppen hvordan bestemte nanostrukturerte overflater påvirker blodkarsdannelse.

– Vi ønsker å forstå bedre hvordan celler oppfatter nanofabrikerte overflater og hvordan dette påvirker kommunikasjon mellom ulike celler. Ved å gjenskape signalene fra det lokale miljøet som cellene opplever inni kroppens forskjellige vev, kan vi styre hvordan cellene skal vokse og utvikle seg, utdyper Lorens.

Håp for kreftbehandling?

Som ett av få miljøer i verden benytter forskerne i Bergen denne teknologien til å studere hvordan disse prosessene foregår i sykt vev, for eksempel kreftsvulster.

Kreftceller leser ikke signaler på samme måte som friske celler, og derfor utvikler de seg på uønsket måte.

– Med tissue engineering kan vi gjenskape en tumor, for så å studere hvordan den vekselvirker med blodkar, forklarer Lorens.

– Hvis vi lykkes i å stoppe blodtilførselen til svulsten, vil den «sulte» og dø, sier han.

Denne enkle ideen ligger til grunn for en helt ny måte å behandle kreft på. Lorens’ gruppe deltar i et EU-samarbeid for å finne nye medikamenter som kan blokkere blodforsyningen til ulike kreftvev.

– Tumor tissue engineering kan også hjelpe oss å forstå hvordan kreftceller sprer seg via blodsirkulasjonen, sier Lorens.

I en ny artikkel publisert i Proceedings of the National Academy of Science USA i desember, har Lorens’ gruppe benyttet tumor tissue engineering-teknikken for å karakterisere et nytt gen som styrer spredning av brystkreft.

– Det er viktig at flere biologer og biomedisinere anvender nanoteknologi for å studere molekylære mekanismer som styrer sykdomsutvikling. Det ligger store muligheter i slik flerfaglig forskning, men det krever koordinering og dedikerte støtteordninger, sier Lorens avslutningsvis.

Referanse:

Gjerdrum m.fl.: Axl is an essential epithelial-to-mesenchymal transition-induced regulator of breast cancer metastasis and patient survival, PNAS, Published online before print December 28, 2009, doi: 10.1073/pnas.0909333107.

Lenke:

Forskningsrådets program: Nanoteknologi og nye materialer (NANOMAT)