Wallenberg Academy Fellows

Konstgjort ben ska ge mer naturliga implantat

Idag har inplantat en begränsad livslängd. Efter fem, tio eller kanske femton år måste de bytas. Lyckas Martin Andersson skapa syntetiskt ben så blir det ändring på det.

När ben slitits ut, skadats eller måste opereras bort på grund av sjukdom, kan vi ersätta dem med inplantat. Hur länge inplantatet fungerar beror mycket på hur väl det växer ihop med skelettet. Efter några år krävs oftast en ny operation och ett byte. Det är plågsamt för patienten och dyrt för vården.

– Metallimplantat inom ortopedin brukar ha en livslängd på ungefär tio år, sedan är de inkapslade av mjukvävnad och kroppen stöter bort dem. Det är kroppens sätt att skydda sig mot ett material som den inte känner igen, säger Wallenberg Academy Fellow Martin Andersson vid Chalmers institution för kemi- och bioteknik.

Det egna skelettet är ett levande material som hela tiden återbildas. Gamla benceller bryts ner, nya byggs upp. Det är just ett sådant material som Martin Andersson vill skapa i labbet.

– Tanken är att materialet ska ha samma kemiska sammansättning och samma struktur som vårt eget ben. På så vis bryts det ned lika fort som skelettet och återbildas så att man med tiden får en lagning helt utan fog, säger Martin Andersson.

Men att lyckas med det är en utmaning.

Ett komplicerat material

Martin Anderssons forskningsområden är nanomaterial och ytkemi. Han studerar strukturer i miljön och i kroppen och försöker skapa ytor och material inspirerade av dem. Ben är uppbyggt av strukturer i nanometerskala – en nanometer är en miljarddels meter – och definieras som ett nanomaterial.

– Jag har alltid varit fascinerad av hur saker och ting fungerar. På gymnasiet hade jag egentligen lättast för fysik och elektronik, kemi fattade jag aldrig riktigt. Just därför valde jag att läsa det vid universitetet. Det var kanske en konstig anledning, men på något vis trodde jag att för att förstå andra saker behövde jag förstå kemi, säger Martin Andersson.

Ben består av kalciumfosfatkristaller som är upp till 80 nanometer långa och ligger ordnade som pärlband i mjuka nätverk av proteiner.

– Det är ett ganska svårt material att kopiera. Att göra kristallerna är inte så svårt, men att placera dem på ett smart sätt i pärlband är komplicerat. Nanopartiklar har en tendens att klumpa ihop sig, så hur får vi miljoner av dem att lägga sig på ett ordnat sätt?

”Att få uppskattning för det man gör är ju alltid kul. Men utnämningen till Wallenberg Academy Fellow betyder framför allt att jag får lugn och ro. Jag kan höja blicken, titta längre bort och ta mig an lite svårare grejor.”

Porer ordnar kristallerna rätt

Martin Andersson och hans kollegor arbetar med en metod där de använder molekyler av en typ som kallas tensider, med en vattenlöslig och en fettlöslig ände. I vattenlösning ordnar sig tensider så att de vattenlösliga ändarna pekar utåt, de fettlösliga inåt mot andra fettlösliga ändar. Gör man det här i höga koncentrationer bildas ett slags gel med kristalliknande struktur. Gelen härdas och blir till ett material med porer där kalciumfosfatkristaller kan växa. Tack vare porerna får kristallerna rätt storlek och ordnar sig på rätt sätt. Martin Anderssons grupp testar också andra material som ramverk.

– Kristallerna är alltid kalciumfosfat. Det andra materialet måste inte vara samma som kroppens, men det måste ha samma nedbrytningshastighet som skelettet, säger Martin Andersson.

Redan för några år sedan lyckades han och en kollega tillverka en typ av syntetiskt ben som kan placeras på ytan på implantat för att kroppen ska ”känna igen” implantatet. Då läker det in snabbare och mer naturligt. Tekniken har patenterats och säljs i ett bolag som Martin Andersson har varit med om att starta.

– Jag tycker det är jättekul att arbeta med patentering och kommersialisering. Det är en kreativ och skapande process, det också. Man startar med en tanke och det blir till en realitet. Men företagandet är inte alltid lika logiskt som forskningen: det är kanske inte den bästa produkten som vinner. Det kan vara frustrerande, men lärorikt.

Samarbeten ger tillgång till ny kunskap

I ett tidigare forskningsprojekt var han med om att utveckla ett nanomaterial som skulle göra ytor självrenande från skadliga ämnen, exempelvis efter kemisk eller biologisk krigföring. Bland de pågående projekten finns ett som handlar om vattenrening med hjälp av proteiner, andra som handlar om att undersöka om nanopartiklar kan vara giftiga för kroppen.

Merparten av tiden som forskare har han tillbringat vid Chalmers, men han var också två år vid University of Florida där han jobbade med cellmembran och biosensorer. Det var ämnen han var helt obekant med innan.

– Det blev jätteintressant att applicera det jag kunde på det de gjorde. Det finns en poäng med att jobba i gränslandet. Man har en begränsad tid i livet då man hinner skaffa kunskap, så man måste ju arbeta med andra som har annan!

Det är skapandeprocessen som driver honom, att få forma idéer och testa dem. Och att lära sig nya saker – men bara till en viss gräns.

– Jag har lite väl lätt för att få tråkigt. När jag nått 80 procent av kunskapen är jag inte så intresserad av de sista 20. Då hoppar jag hellre till något annat. Det kan vara en nackdel i vissa sammanhang, men det kan inte hjälpas. Det ska vara kul, annars blir det inget.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström