Wallenberg Academy Fellows

Konstgjord spindeltråd byggmaterial för framtidens reservdelsorgan

My Hedhammar bygger smarta klätterställningar av konstgjord spindeltråd. På dessa ställningar kan man sedan odla celler för att tillverka framtidens reservdelsorgan. Drömmen är att kunna laga alla slags skadad vävnad, till exempel insulinproducerande cellöar, hud, hornhinna och hjärtmuskelvävnad.

Spindeltråd är på flera sätt ett unikt material: det är mycket starkt samtidigt som det är tunt och elastiskt. Ett material med dessa egenskaper kan vara mycket användbart i människans tjänst. Därför har det varit många forskares dröm att kunna förstå och kopiera spindeltrådens egenskaper och göra konstgjord spindeltråd.

Ett sådant projekt hade påbörjats på Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, under tiden som My Hedhammar var doktorand, och i detta projekt fick hon en plats när hon var färdig doktor.

– Det var ju helt fantastiskt att få en möjlighet att ge sig på något som är så spännande, och det var där jag började hitta min egen väg.

Innan en spindel spinner sina trådar och väver sina nät så förvaras de proteiner som sedan blir till tråd som en kletig massa i en körtel inne i spindelns kropp. Dessa proteiner kallas spidroiner och är särdeles knepiga proteiner att jobba med eftersom de – till skillnad från de flesta andra proteiner – inte är vattenlösliga utan vill omvandla sig till ett material.

På SLU var My Hedhammars och hennes kollegors mål att förstå de mekanismer som kontrollerar omvandlingen från kletig massa till tråd och att identifiera vilken del av proteinet som är nödvändig för att bilda konstgjord spindeltråd. De lyckades också få fram en miniatyrvariant av spidroin som kan masstillverkas med hjälp av genmodifierade bakterier. Dessa konstgjorda proteiner formar sedan spontant fibrer som liknar spindeltråd.

Bioaktiv klätterställning

Som Wallenberg Academy Fellow fortsätter My Hedhammar sin forskning på KTH i nya lokaler, med ny utrustning, med en egen forskargrupp och med nya mål.

– Den konstgjorda spindeltråden har en struktur som liknar naturlig spindeltråd. Den stark, elastisk, värme- och kemiskt stabil. Dessutom är den biokompatibel, vilket innebär att kroppens immunförsvar accepterar materialet som kroppseget.

De här egenskaperna gör att den konstgjorda spindeltråden passar perfekt för att reparera sådant som gått sönder i våra kroppar.

– Vårt mål är att använda spindeltråden för att få fram ett material som man kan använda för att laga saker i kroppen, som till exempel ett stort sår eller ett hjärta som är trasigt.

Idag jobbar My Hedhammar och hennes forskargrupp därför med att göra tredimensionella strukturer av spindeltråden och att bygga in olika former av bioaktivitet i dessa strukturer. De studerar också hur man sedan kan använda dessa strukturer för att odla celler och tillverka konstgjord vävnad.

– Man kan säga att vi tillverkar en slags smart klätterställning med instruktioner. Klätterställningen ger cellerna stöd och stadga och därmed en möjlighet att växa till en tredimensionell vävnad. Instruktionerna talar om för cellerna vad de ska bli så att de tillsammans kan bilda en hel, levande och funktionell vävnad.

"Utnämningen har betytt att vi har kunnat flytta till KTH vilket känns som en miljö med rätt infrastruktur för att ta forskningen vidare.  Ett sådant här långsiktigt anslag  innebär att man vågar vara lite mer nytänkande. Att ha fem år på sig är en guldsits i den här branschen."

Modern molekylär bioteknik

När det gäller instruktionerna så använder forskarna modern molekylär bioteknik för att bygga in olika former av bioaktiviteter som finns i naturlig vävnad i den konstgjorda spindeltråden. Till exempel placeras speciella fästproteiner på platser i ”klätterställningarna” där cellerna ska fästa. Man lägger också till olika slags tillväxtfaktorer, som talar om för cellerna hur de ska utvecklas, på strategiska ställen i ”klätterställningen”.

– Vi kan inte bestämma exakt var till exempel senor och blodkärl ska bildas, men vi kan styra andelen blodkärl och senor i en konstgjord vävnad. Om vi vill ha ett helt blodkärl så kan vi också portionera ut bioaktivitet som stimulerar bildandet av blodkärl längs en mindre yta, och sedan hittar cellerna själva rätt och bygger upp ett blodkärl.

Det sista steget i denna forskningskedja, som handlar om att tillföra celler och odla dem till framtidens reservdelsorgan, görs i samarbete med experter på olika vävnadstyper. Idag har My Hedhammar till exempel samarbeten med medicinska experter på insulinproducerande cellöar, hud, ben och hjärtmuskelvävnad.

– Drömmen är att kunna använda det här materialet för att laga i princip vilken vävnad som helst i framtiden.

Genuint nyfiken

My Hedhammar har alltid varit intresserad av naturen och som många andra forskare beskriver hon sig själv som genuint nyfiken. Hon berättar också att det alltid har funnits en ingenjör i henne, att hon alltid varit teknologidriven, det vill säga att hon velat förstå och inte bara acceptera hur saker och ting fungerar och hänger ihop.

Idag spänner hennes forskning över flera naturvetenskapliga fält, bland annat biokemi, materiallära och cellbiologi.

– Det är svårt att jobba multidisciplinärt, men det är roligt också för man lär sig nya saker hela tiden. Det är helt enkelt väldigt kul och inspirerande att jobba med sådant som man inte riktigt förstår från början.

Text: Anders Esselin
Foto: Magnus Bergström