Forskning för att förstå samspelet mellan kroppen och konstgjorda material
JULI 2023 | En höftprotes, transplanterad njure, dialysfilter eller mekanisk hjärtpump. Allt är exempel på biomaterial, ett material som förändrar eller ersätter vävnader, funktioner eller organ i kroppen. I framtiden kommer behandling med biomaterial att bli allt vanligare i takt med att vi lever längre. Men hur kan de skadliga reaktionerna minska? Just det undersöker Per Nilsson och hans forskarkollegor vid Linnéuniversitetet, i sitt labb Host Response to Biomaterials Laboratory.
Biomaterial kan vara antingen naturligt, som en transplanterad njure, eller syntetiskt, som en höftprotes. Men det är när ett biomaterial kommer i kontakt med blodet som det sker en inflammationsreaktion och kan bli problematiskt. Mekanismen bakom den här reaktionen är vad Per Nilsson och hans forskargrupp är intresserade av att förstå.
– Det är många celler och molekyler som är inblandade och påverkar varandra. De tidiga reaktionerna liknar på flera sätt det som sker när en bakterie kommer in i kroppen. Blodet reagerar både med inflammationsreaktionen och så finns risk för så kallade trombotiska förlopp, en skadlig koagulering av blodet, säger han.
Imiterar blodkärl i experimenten
Genom Per Nilssons forskning, att bättre förstå inflammatoriska och trombotiska förlopp kopplat till biomaterial, kan sjukvården i förlängningen minska de skadliga reaktionerna.
'Top reads' i internationell tidskrift
Studien publicerades september 2021 i den vetenskapliga tidskriften The Journal of Immunology och heter A Conformational Change of Complement C5 Is Required for Thrombin-Mediated Cleavage, Revealed by a Novel Ex Vivo Human Whole Blood Model Preserving Full Thrombin Activity.
Artikeln blev av redaktören utvald till Top Reads, en av tidskriftens mest intressanta publikationer under månaden. Den har genomförts av Linnéuniversitetet i samarbete med flera internationella partner, framför allt Universitetet i Oslo. Vid Linnéuniversitetet har man fokuserat på de mekanistiska studierna.
– Vår forskning kan appliceras på flera forskningsfält och är viktig kliniskt. Allt från att ta blodprov med en nål till konstgjorda organ eller blodtransfusioner – då startar de här reaktionerna i blodet.
Forskarna är specialiserade på att undersöka reaktionerna utanför kroppen genom experiment i konstgjorda system. De försöker imitera kroppens blodkärl genom att använda en modell, en liten platta av plast med små kanaler. Kanalerna täcks med endotelceller, en celltyp som klär insidan av våra blodkärl. Sedan använder forskarna mänskligt blod, som pumpas genom de konstgjorda ”blodkärlen”.
– I våra experiment utsätter vi blodet för en främmande yta och studerar sedan i detalj hur inflammation och trombos utvecklas i blodet. Som verktyg har vi flera analyser och hämmare, ett ämne som hindrar ett enzyms aktivitet, till hjälp.
Motbevisade vedertagen sanning om immunförsvaret
Det är svårt att efterlikna kroppen utanför den, det är ibland parametrar forskarna missar trots att de strävar efter att ha så bra modeller som möjligt. Ändå var det Per Nilssons experimentella forskning som kunde motbevisa en vedertagen sanning om kroppens reaktion vid inflammation och trombos. I en innovativ studie undersökte han proteinet trombin, som har en viktig roll i processen när blod koagulerar. Forskarna undersökte hur trombin interagerar med ett annat viktigt protein, kallat C5, och hur detta kan ge upphov till inflammation.
Framtidens sjukvård: Nanopartiklar och mer biomaterial
Per Nilsson tror att framtiden kommer att innebära mer biomaterial i kroppen. Med ökande ålder ökar risken att enskilda organ sviktar och redan idag är listorna på organtransplantationer långa. I en åldrande befolkning kommer troligtvis behovet vara ännu större att kunna ersätta organ, vilket betyder fler konstgjorda organ.
– Jag tror det blir svårt att få de konstgjorda organen att fungera lika bra som transplanterade organ, men det kommer att bli allt viktigare för sjukvården att effektivt byta ut ett organ eller en funktion i kroppen.
En annan utveckling som Per Nilsson tror kommer att utvecklas mycket i framtiden är nanopartiklar inom sjukvården. Det pågår redan forskning där man ”kopplar på” ett läkemedel på en nanopartikel, som sedan kan leverera medicinen målinriktat i kroppen där den behövs, till exempel en cancertumör.
– Det är ett spännande forskningsfält som jag ser stor potential i.
– Detta har utforskats tidigare, men vi identifierade svagheter i de experiment som gjorts. Därför skapade vi en ny experimentell modell för att studera detta, säger Per Nilsson.
Den nya modellen gav resultat som skiljer sig från tidigare studier och är en viktig upptäckt. Det är ännu en pusselbit i att förstå samspelet mellan koagulationsprocessen och inflammation.
– Detta samspel är involverat i många allvarliga sjukdomstillstånd, såsom sepsis (blodförgiftning) och trauma (fysiska skador). Därför är det viktigt att veta mer om hur samspelet fungerar. Det är även aktuellt när man använder olika typer av biomaterial.
Forskning om mekanisk hjärtpump
Både Universitetet i Oslo och Oslo universitetssykehus är viktiga samarbetspartners. I ett gemensamt projekt studerar forskarna komplikationer till följd av en mekanisk hjärtpump. Patienter med hjärtsvikt, vars hjärta inte orkar pumpa ut blod i kroppen, kan få en mekanisk hjärtpump implanterad. Hjärtpumpen kan fungera som en tillfällig lösning i väntan på hjärttransplantation, men används även som permanent behandling.
Syftet med forskningen är att öka kunskapen bakom allvarliga komplikationer, att kunna identifiera dem på ett tidigt stadie hos patienten och att kunna skräddarsy behandling med läkemedel. Målet är också att underlätta för design av biomaterial som fungerar bättre tillsammans med levande vävnad.