Bildet viser en sterk forstørrelse av såkalte nanofibriller av cellulose. De fleste fibrillene her har en diameter på cirka 15 nanometer. (Foto: Gary Chinga, Carrasco/PFI)
Bildet viser en sterk forstørrelse av såkalte nanofibriller av cellulose. De fleste fibrillene her har en diameter på cirka 15 nanometer. (Foto: Gary Chinga, Carrasco/PFI)

Dyrker nye kjever av trevirke

Istedet for å hente beinvev fra andre deler av kroppen, vil forskerne bygge nye kroppsdeler – med byggemateriale fra skogen. 

Publisert

NORCEL og NANO2021

The Norwegian Nanocellulose Technology Platform (NORCEL) skal utvikle og bruke nanocellulose i industri, biomedisin og farmasi.

Prosjektet finansieres av Forskningsrådet og ledes av PFI med partnerne NTNU, UiS, UiB, Østfoldforskning, CNR-ISTEC, Norut, Innventia og NorFab.

Prosjektperiode er 2013-2018.

Forskningsrådets program NANO2021 skal løfte den nasjonale kunnskapsbasen på nanoteknologi, legge grunnlag for næringsutvikling og møte utfordringer knyttet til energi, miljø, helse, mat, hav og bruk av naturressurser.

Pasienter som har fått ødelagt kjeven som følge av ulykker, vold eller kreft, må ofte transplantere beinvev fra andre deler av kroppen for å bygge den opp igjen. Dette krever en omfattende tilleggsoperasjon, som både koster penger og er krevende for pasienten. 

Professor Kamal Mustafa ved Universitetet i Bergen tror nanocellulose er et velegnet biomateriale for å dyrke beinvev.  (Foto: (Foto Claude R. Olsen))
Professor Kamal Mustafa ved Universitetet i Bergen tror nanocellulose er et velegnet biomateriale for å dyrke beinvev. (Foto: (Foto Claude R. Olsen))

– Vi ønsker i stedet å kombinere stamceller fra pasienten med biomaterialer for å bygge opp det ødelagte beinvevet, sier professor Kamal Mustafa ved Universitetet i Bergen. Det er dette som på fagspråket kalles tissue engineering.

Kombinasjonen av biologi og materialteknologi for å bygge opp levende vev er et hett forskningstema. Målet er å lage nye deler til menneskekroppen som er så lik de naturlige som mulig. Det kan være alt fra hud til indre organer. En forskergruppe ved Universitetet i Bergen har spesialisert seg på beinvev i kjevene.

Bioprinter lager nye kjevebein

Et kjevebein er vanskelig å etterligne nøyaktig. Én ting er selve formen. Det vanskeligste er å lage en kopi av alle de små hulrommene og sprekkene som er inne i kjevebeinet.

Forskere ved Universitetet i Bergen har tatt i bruk en såkalt 3D-bioprinter som kan lage en hvilken som helst struktur med en nøyaktighet på 0,001 mm.

Bioprinteren lager en testsylinder med hulrom og sprekker som i ekte beinvev.  (Foto: Claude R. Olsen)
Bioprinteren lager en testsylinder med hulrom og sprekker som i ekte beinvev. (Foto: Claude R. Olsen)

Prosessen er styrt av en datamaskin der en nøyaktig datamodell av kroppsdelen er lagt inn. Det spesielle med en bioprinter sammenlignet med andre 3D-printere er at den kan sette inn levende celler i produksjonen.

Kan tre bli til beinvev?

Et lovende materiale som byggestein til nytt beinvev kommer fra en overraskende kilde – nemlig skogen.

Når cellulose deles opp i stadig finere deler, sitter du igjen med tynne tråder som bare er noen nanometer tykke. Disse trådene, som kalles fibriller, kan bli byggesteiner ved bruk i oppbygging av nytt kroppsvev.

I Norge var det forskere ved Papir- og fiberinstituttet (PFI) som først kom på ideen om å bruke nanocellulose i menneskekroppen. Alle trær er bygd opp av nanocellulose, som er cellulosepartikler i nanoskala bygget opp av bunter av cellulosemolekyler. 

– Vi så at nanocellulose kunne være velegnet for medisinske anvendelser siden det tiltrekker seg vann, ikke er giftig og er bygd opp av fibre som cellene kan feste seg på, forklarer seniorforsker Kristin Syverud ved PFI.

Forskere ved PFI har jobbet i flere år med nanocellulose og undersøkt hvordan de skal sette til ekstra molekyler for å få den rette strukturen, enten som en myk gel eller som et hardt stoff.

– Vi utvikler prosessene slik at vi kan lage nanocellulose med akkurat den rette strukturen, og med egenskapene som egner seg for å bygge opp beinvev, sier Syverud.

Kristin Syverud ved Papir- og fiberinstituttet ser nye medisinske anvendelser av nanocellulose.  (Foto: Atle Antonsen)
Kristin Syverud ved Papir- og fiberinstituttet ser nye medisinske anvendelser av nanocellulose. (Foto: Atle Antonsen)

De ferdige materialene sendes til forskerne i Bergen.

– Nanocellulose er et lovende materiale. Den kan for eksempel egne seg godt som rammeverk der beincellene kan vokse, sier Kamal Mustafa, som leder tissue engineering-gruppen ved Senteret for klinisk tannbehandling ved Universitetet i Bergen.

Slik dyrkes nye beinceller

Bioprinteren som står i Bergen skal lage et rammeverk med samme form som beinvevet det skal erstatte.

Dette foregår på følgende måte: Forskerne skanner pasientens kjeve, inklusive alle sprekker og ujevnheter og lager en detaljert datamodell. Dataene mates inn i bioprinteren. Den bygger rammeverket ved å legge lag på lag med nanocellulose. Alle sprekkene og hulrommene i rammeverket skal gi gode betingelser slik at levende celler kan feste seg og vokse.

På forhånd har forskerne hentet stamcellene fra pasientens beinmarg. Stamcellene dyrkes på laboratoriet slik at de blir mange flere. Når forskerne har tilstrekkelig med stamceller, sprøytes de inn i rammeverket der de vokser og blir samme type celler som omgivelsene, det vil si beinceller.

På sikt vil forskerne i Bergen bruke bioprinteren til å trykke nanocellulose og levende celler samtidig.

Mustafa advarer mot for raske forhåpninger.

– Dette er en ny teknologi vi må teste grundig. Først i laboratoriet og deretter på dyr. Det vil gå lang tid før vi starter kliniske tester, sier Mustafa.