Norges dype skoger rommer uante verdier. Nå er forskere i full gang med å utforske hvordan trærne kan lage nye kroppsdeler. (Illustrasjonsfoto: Shutterstock / NTB Scanpix)
Trær kan bli byggeklosser for nye kroppsdeler
Med nanocellulose fra trær kan forskere snart bygge kroppsdeler til mennesker.
Nye kroppsdeler blir i dag laget av både metall, plast og en rekke andre materialer. Men hva om man kan få kroppens stamceller til å gro fram et nytt hoftebein eller en ødelagt kjeve?
Forskere utvikler teknologi og metoder som skal få kroppen å gjøre nettopp det – med litt hjelp fra nanocellulose.
Nanocellulose er betegnelsen på de aller minste bestanddelene i trefiber. Et eneste trefiber inneholder flere millioner mikrofibriller, og kan deles opp mekanisk, eller i kombinasjon med kjemikalier eller enzymer. Mikrofibrillene har gjerne bredder i nanoskala, og materialet kalles derfor nanocellulose. Det kan brukes til en rekke spennende formål.
– Nanocellulose har unike egenskaper som gjør det mulig for kroppens stamceller å gjenoppbygge ødelagt kroppsvev. Med rett struktur fungerer nanocellulosen som et naturlig reisverk for stamcellene, sier Kristin Syverud, seniorforsker ved forskningsinstituttet RISE PFI i Trondheim.
Om noen år vil det sannsynligvis være mulig å dyrke fram et nytt kjevebein til en pasient ved hjelp av nanocellulose.
På det medisinske området har forskerne fokusert spesielt på dyrking av beinstruktur hos mennesker.
De har klart å isolere to typer nanocelluloser som får stamceller til å trives og formere seg godt, den ene klart bedre enn den andre. Stamceller kan utvikle seg til alle typer vev. Cellene blir blandet med en gelé som består av vann og nanocellulose, og begynner så å bygge nytt vev i geleen. Her samarbeider forskerne tett med Odontologisk Fakultet ved Universitetet i Bergen (UiB), som er spesialister på celler og vevsoppbygging.
– Etter vi har testet materialet som stamcellene skal vokse i, trykkes den aktuelle vevsdelen på en 3D-printer, basert på scanning av et nøyaktig nytt bein eller beinfragment. Hardheten i materialet varierer etter hva vi skal bruke det til, sier Syverud.
Fordelen med nanocellulose er at det er et naturprodukt med en cellestruktur som er nokså lik den vi finner i menneskekroppen. Materialet blir lett akseptert av kroppen, og det gir stamcellene den strukturen de trenger for å utvikle seg til den vevstypen de skal bli til.
Ved å bruke rett type nanocellulose kan forskerne skreddersy kroppsdelen og gi den rett form og styrke, forklarer Syverud.
Forskerne Ellinor Bævre Heggset (fra venstre), Kristin Syverud og Ingebjørg Leirset viser frem nanocellulose-byggesteinene i vann. De rosa klumpene er stillaser (scaffolds) for celler bygget av disse byggesteinene. (Foto: Per Olav Johnsen / RISE PFI)
Andre kroppsdeler enn bein
– Når kroppsdelen er ferdig utviklet, ønsker vi at nanocellulosen skal brytes ned, og dette jobber vi med å få til. Dersom vi lykkes med dette, dannes det sukkerforbindelser som kroppen omsetter til næring. Dermed blir det ikke liggende noen fremmede substanser igjen i kroppen, sier hun.
Foreløpig har forskerne fokusert på regenerering av beinstrukturer, men Syverud utelukker ikke at nanocellulose en gang i fremtiden blir brukt i arbeidet med å regenerere andre kroppsdeler.
Forskerne ved RISE PFI ser også på andre ting vi kan bruke biomasse til. De har jobbet i fire år for å finne måter å bruke nanocellulose til medisinske formål, i tillegg til to andre bruksområder: i emballasjeindustrien og oljeutvinning.
Forskerteamet bak prosjektet består av 15 nøkkelpersoner, samt laboratoriepersonell og studenter. De har foreløpig bare gjort eksperimenter på celler og rotter.
– Av hensyn til pasientsikkerheten må vi gå langsomt fram når vi skal prøve ut nye metoder på mennesker. Vi må være helt sikre på at produktet vårt ikke gir skader eller belastninger på pasientene. Men resultatene vi har gjort på rotter så langt, virker meget lovende, sier Syverud.
Hun sier at interessen fra utenlandske forskningsmiljøer på forskningen rundt medisinsk bruk av nanocellulose er sterkt økende. Og forskerne deler gjerne kunnskapen.
– Det hadde vært flott om vår forskning kan hjelpe mennesker med fysiske funksjonshemminger til å få et normalt liv; for eksempel å hjelpe et menneske til å gå normalt igjen, sier Syverud.
Emballasje som forsvinner
Papir og emballasje er et annet viktig forskningsfelt i NORCEL, som prosjektet heter. Forskerne har funnet ut at nanocellulose kan erstatte plast og aluminium som tett foring i emballasje, for eksempel en kartong med appelsinjuice.
I dag kan det meste av en drikkekartong fremstilles fra biobaserte råvarer, mens det som skal holde oksygenet ute fortsatt er enten oljebasert plast eller aluminium. Med en biobasert materialløsning vil drikkekartongene fremstilles 100 prosent fra biobaserte råvarer.
– Bruk av nanocellulose vil nå bli prøvd ut i større skala sammen med en aktør fra næringslivet. Målet er at dette blir kommersialisert og skaper merverdier for samfunnet, sier Syverud.
– Vi skal finne ut om det er mulig å lage plastemballasje av cellulose med samme egenskaper som vanlig plastemballasje, men som er forhåndsprogrammert til å brytes ned i løpet av en bestemt tid. Dagens oljebaserte plastemballasjer brytes som kjent svært sakte ned om de havner i naturen eller i havet. Nedbrytbar plast laget av skogens materialer kan bidra til å løse et voksende miljøproblem, sier Syverud.
