Aldersbetingede skader i bevægeapparatet er det hurtigst voksende helbredsproblem i den stadigt ældre europæiske befolkning. Men nu er forskere på sporet af en ny behandlingsmetode, hvor de vil printe kirurgiske implantater, der danner nyt væv ved hjælp af stamceller.

10.02.2014 | Kim Harel

Muskuskeletale lidelser rammer stadigt flere og forårsager i dag smerter, funktionstab, sygefravær eller i værste fald invaliditet hos omtrent 120 millioner mennesker alene i EU-landene. Og tallet forventes kun at stige i takt med den demografiske udvikling.

”Med alderen svækkes vores fysiske evner. Bevægeapparatets funktion nedsættes, og vores kapacitet til at modstå belastninger af knogler, muskler, sener og led bliver ringere. For den enkelte medfører det ofte tab af raske leveår og livskvalitet. For samfundet betyder det adskillige kostbare operationer og tab af arbejdskraft.”

Den fortæller lektor Jens Vinge Nygaard fra Aarhus Universitet. Han er ingeniør og sammen med sit forskerteam arbejder han på at udvikle en ny behandlingsmetode, der mest af alt lyder som noget fra en science fiction film.

”Idéen er at bygge nyt væv, der kan erstatte ødelagte områder i kroppen ved hjælp af såkaldt mekanisk stimulering af stamceller. Det gør vi ved at printe et færdigt implantat i 3D, som i størrelse og facon svarer til det nedbrudte væv. Derefter sætter vi den ind i kroppen, hvor det begynder at suge væske til sig. Vi prikker et lille hul på knoglemarven i området, så vi sikrer fri adgang til stamceller. Cellerne begynder straks herefter arbejdet med at generere nyt, specifikt væv. I takt med, at det nye, raske væv dannes, så nedbrydes implantatet,” forklarer Jens Vinge Nygaard.

Indtil videre virker det efter hensigten i forsøg med kaniner, og med en ny million bevilling fra Højteknologifonden skal forskerne i de kommende tre år tilpasse metoden til kirurgisk behandling af mennesker. Forskerne fra Aarhus Universitet og Aarhus Universitetshospital håber at være klar med metoden i løbet af få år.

Knogler og brusk i print-on-demand
Metoden, som man på sigt håber, kan afhjælpe lidelser som for eksempel slidgigt, leddegigt og knogleskørhed, er baseret på en kombination af nanoteknologi og moderne 3D-printteknologi. Forskerne designer og printer et kirurgisk implantat med en til formålet egnet anatomisk form og en foruddefineret eftergivenhed.

”Eftergivenheden i implantatmaterialet giver en kraftpåvirkning af cellerne på nanoskala, og det er denne kraftpåvirkning, der kan diktere cellernes opbygning af væv og vedligeholdelse af kroppens funktioner,” forklarer Jens Vinge Nygaard

Helt konkret gennemfører forskerne kraftpåvirkningen ved at designe et computerimplantat med et særligt hulmønster, som efterfølgende printes i et svampelignende materiale. Det hele foregår ved brug af en almindelig 3D-printer.

Medicinfri behandling
Tidligere har forskerne haft langt mere kemisk avancerede metoder i spil med udvikling af kostbare farmaceutiske stoffer til biokemisk cellestimulering.

”Den nye printteknologi er væsentligt mere simpel og langt billigere og kan i princippet anvendes til både at fremstille knoglevæv, fedt og hud i en lang række tilfælde af vævsdefekter,” siger Jens Vinge Nygaard.

I første omgang fokuserer forskerne på at fremstille brusk, som eksempelvis kan betyde, at nedbrudte led hos gigtpatienter kan komme til at fungere igen.

Det opsigtsvækkende ved forskernes metode til at fremstille kunstigt væv er, at den er medicinfri. Det er alene implantats eftergivenhed, der afgør, hvilken type af væv stamcellerne danner, og ifølge Jens Vinge Nygaard betyder det, at ingeniører i fremtiden kan forvente at få en lang større rolle i behandlingen af muskuskeletale lidelser:

”Det er en vigtig opdagelse, som betyder, at vi på sigt skal flytte vores fokus fra medicinsk påvirkning af celler til mekanisk påvirkning af celler. Vi kan styre cellernes adfærd via den kraftpåvirkning, vi udsætter dem for, og det kan give os nye, interessante behandlingsmuligheder.”

 

Virksomheder satser på ny vævsteknologi
Teknologien er udviklet på Aarhus Universitet i et samarbejde mellem det interdisciplinære Nanoscience Center (iNANO), Institut for Ingeniørvidenskab og Aarhus Universitetshospital.

Parterne skal i de kommende fire år arbejde sammen med to danske biotech-virksomheder om at bringe forskningsresultaterne tættere på en klinisk praksis, og det kommercielle potentiale er stort, vurderer Mai-Britt Zocca, direktør i virksomheden LevOss, der er partner i forskningsprojektet.

”Princippet om at bruge de mekaniske egenskaber til at stimulere cellerne er et fundamentalt skifte inden for vævsteknologi. Ideen om, at det er formen af biomaterialet, som kan drive cellernes opførsel, gør vores produkt simpelt og effektivt,” udtaler Direktør Mai-Britt Zocca fra virksomheden LevOss

BAGGRUNDSOPLYSNINGER

Projektet hedder CartigenPro, løber over fire år, har et budget på i alt 14 mio. kr. og støttes af Højteknologifonden med 8 mio. kr.

Aarhus Universitet og Aarhus Universitetshospital skal i samarbejde med biotechvirksomheden LevOss og DAVINCI development videreudvikle teknologien til fremstilling af implantater ved hjælp af 3D-print.