Biomaterialet som kan laga skador

Ett implantat för stora skallskador är ett av resultaten av samarbetet mellan materialvetaren Håkan Engqvists och polymerkemisten Jöns Hilborns grupper som har pågått i nära tio år.

Ljuset flödar in i cellaboratoriet i Ångströmlaboratoriets renrum. Här jobbar forskargrupper sida vid sida och tillsammans, ofta över ämnesgränserna. Samarbetet mellan materialvetaren Håkan Engqvists och polymerkemisten Jöns Hilborns grupper har pågått i nära tio år.

– Vårt arbete är väldigt sammanvävt med många gemensamma projekt och kurser, säger Håkan Engqvist, professor i tillämpad materialvetenskap. När man jobbat ihop så länge tar det inte lång tid innan någon av Jöns eller mina forskare förstår vilken fråga man försöker lösa.

I handen håller han ett av resultaten av deras samarbete, ett implantat för stora skallskador. Det ser ut som en vacker mosaikplatta, sammanfogad i ett prydligt mönster. Keramen är en specialitet inom Håkan Engqvists grupp.

– Keramen görs av två salter av kalciumfosfat som vi blandar till en cementpasta. Sen gjuter vi den på ett nät av titanmetall. Vi 3D-printar både nätet och den gjutform som utformats efter patientens CT-bild.

Att få de rätta egenskaperna hos keramen handlar inte bara om biologi utan också mekanik, säger Håkan Engqvist.

– Plattan måste vara stöttålig. För att göra den så stark som möjligt får man variera kornstorleken hos salterna och dess kemiska sammansättning, och hur mycket vatten eller annan vätska man behöver blanda för att göra den här pastan. Så det blir väldigt många parametrar man testar.

Något som också kan bidra till att stärka keramplattorna är plaster eller material baserade på syntetiska polymerer. För att förstå hur deras egenskaper bäst kan passa in och inte stötas bort av kroppen analyserar professor Jöns Hilborns grupp cellers och vävnaders respons på molekylär nivå. I material som kan tänkas bli implantat tillsätter forskarna molekyler byggda av polymerer. På materialytan planterar man utvalda celler och undersöker reaktionerna.

– Det resultat vi får är troligen det vi kommer att få om materialet implanteras i något levande, säger Jöns Hilborn och tillägger:

– Ännu intressantare är kroppens egna polymerer som även kan styra biologiska funktioner. Vi har sett är att när kroppens egen substans hyaluronsyra satts in i material för implantat så växer omkringliggande blodkärl bättre.

I studier har gelen som sprutats in i djurvävnad visat sig skydda mot inflammation, påskynda sårläkning och minska ärrbildning.

– Insprutningsbara geler fungerar även utmärkt för att bilda ben eller brosk. En av forskarna i mitt labb har utvecklat en gel kopplad på substans med avsikt att söka upp ben för behandling av till exempel osteoporos. Så vad som vore intressant för bengenerering är ju att kunna göra insprutningsbara keramkompositioner vilket Håkan och jag vill utforska vidare.

En annan framgång för kerammaterialet är att dess sammansättning visat sig hindra den omkringliggande huden från att tunnas ut, något som annars kan leda till sprickbildning och hål. Dessutom har Håkan Engqvists forskargrupp i två artiklar rapporterat hur materialet triggat benbildning i huvudet.

– Den återkopplingen har vi fått efter att läkarna vi samarbetar med gjort regelbundna uppföljningar med patienter under flera år. Den första patienten har haft sitt keramimplantat i över fem år. Då ser man att ben bildas tätare och tätare runt implantatet. Det leder också till en massa spännande andra tankar om hur man kan bygga ben, säger Håkan Engqvist.

Idén att använda mosaikformen för att laga ben kommer från plastik- och rekonstruktionskirurgen Thomas Engstrand vid Karolinska Institutet. Samarbetet med forskarna på Ångströmlaboratoriet är nu inne på sitt femte år.

– Vi bedriver dessutom forskning i nära samarbete med ortopeder och radiologer. Målet är att ta fram nya biomaterial som kan användas i flera delar av kroppen. Vi kan idag skräddarsy olika typer av implantat, andra intressanta områden vi tittar på är ryggen och ansiktet.

Ett exempel är ryggkotfrakturer som måste stabiliseras för att inte ge svåra smärtor. Där har Håkan Engqvists grupp tagit fram en ny teknik med en färdigblandad keram som kan injiceras och härda frakturen på plats. En enkel och tidsbesparande metod som dock är långt ifrån klinisk användning.

– Det krävs mycket dokumentation för att ta det vidare, liksom en mängd hållbarhetsstudier för att göra materialet och utvärdera det, först i celler och sedan i djur. Hela värdekedjan måste fungera från pre-klinik till klinik till kommersialisering via företag, säger Håkan Engqvist.

– Ett helt nytt material som konfigureras på ett nytt sätt och som aldrig har testats på människa skulle kunna ta många år innan det blir verklighet. Men mycket av det vi jobbar med i vårt cellabb handlar ju om salter som redan används i olika former i människan. Då finns ju massor att falla tillbaka på, så vi gör mest effektstudier: om jag blandar de här salterna på något finurligt sätt kan jag då få en bättre effekt än idag?