Fremtidens ’bioniske’ menneske: Er levende implantater snart virkelighed?

Allerede i stenalderen brugte vores forfædre naturlige proteser i form af dyreknogler og muslingeskaller til at reparere et brækket ben, erstatte en ødelagt tand eller genoprette styrken i svækket væv.

I dag har hver femte af os en eller anden form for medicinsk implantat i os. Enten permanent eller midlertidigt.

Det kan eksempelvis være benproteser, pacemakere, insulinpumper, silikonebryster, kunstige hofter, tænder eller knæ.

Implanterne er en succes og gør folks liv bedre. Men de har også deres begrænsninger, eksempelvis kører både pacemakere og insulinpumper på batteri.

Hvis batteriet er løbet tør, og dataoverførslen ikke sker fluks, kan vigtige tilstande for helbredet såsom hjerteflimmer og højt blodsukker nemt overses.

Derfor kan patienter komme til skade eller dø af hændelser, der kunne have været identificeret og blevet behandlet af læger, før de blev dødelige.

På DTU er vi i færd med at udvikle nye materialer – levende implantater – som forhåbentlig kan afværge de problemer, der er med dagens implantater.

Kroppen er fænomenal til at tilpasse sig

De fleste implantater er lavet af hårde materialer såsom stål, guld og titanium. Det gør dem for statiske, rigide og hårde til vores kroppe.

Netop hårdheden skaber komplikationer i form af betændelse og dårlig integration med det omkringliggende blødere væv.

Metallerne er basalt set i kontrast med den dynamiske menneskekrop, som er i konstant udvikling fra den dag, vi fødes.

Nutidens implantater kan derfor ikke heale efter skader, eller når de udsættes for mekanisk stress.

Omvendt vokser og udvikler biologiske materialer – herunder muskler, knogler og brusk – sig som reaktion på træning og skade. Det gør dem stærkere.

Vores krop er levende og kan føle og reagere på en række stimulanser. Tag eksempelvis huden. Den er super fleksibel, selvhelbredende og har en høj brudstyrke.

Samtidig kan huden måle og føle en række fysiske og biologiske parametre såsom temperatur, tryk og pH-værdi.

Det samme gælder faktisk for de fleste organer i kroppen, for eksempel knogler, muskler, hjertevæv et cetera.

Kunne det ikke være fantastisk, hvis vi kunne skabe noget med de samme egenskaber?

Dé egenskaber skal vi efterligne i implantater

Ny forskning har forsøgt at efterligne disse egenskaber ved at fremstille materialer, der løbende tilpasses menneskekroppen (se her og her, foreløbig dog kun afprøvet i rotter og mus).

Forskningen har ført til bløde, fleksible og tilpasningsdygtige implantater. Evner, der gør dem i stand til at smelte sammen med kroppen uden svære komplikationer.

De er blevet brugt i musehjernen til analyser og elektrisk stimulering. Og som nerveelektroder, der har hjulpet lamme rotter med at gå igen.

Det særlige ved elektroderne var, at de ændrede form og styrke i harmoni med det omkringliggende nervevæv.

Implantatet var således perfekt integreret med omgivelserne – konsekvensen var nul inflammation og ingen ardannelse hos rotter og mus.

Vi er dog stadig langt fra, at de levende implantater bliver virkelighed.

Biologiske organismer er nemlig ikke bare selvhelbredende; de kan føle både fysiske, kemiske og biologiske faktorer i deres nærmiljø og reagere derpå. Det er dér, vi gerne vil hen.

Billige, nemme og selvhelende materialer

Og på DTU Health Technology er vi ved at udvikle en ny klasse af materialer, som snart kan adressere denne kløft.

De er ikke bare fleksible, de kan også hele sig selv – både elektrisk og mekanisk (se her og her). Vi har også vist, at de kan føle en række fysiske, kemiske og biologiske faktorer. De er derfor ikke døde som metaller, tværtimod. De er levende.

Vi kalder dem for ’bioniske materialer’.

I laboratoriet har vi testet dem på menneskeceller og vist, at de kan føle og reagere på deres omgivelser. Præcis som levende menneskehud.

Stiger temperaturen, udskiller huden for eksempel sved for at køle kroppen ned. Og når en kræftknude vokser, sænkes pH-værdien omkring den.

De bioniske materialer kan nøjagtig det samme og kan derfor bruges som levende implantater, der kan ’føle’ begivenhederne i kroppen.

Går noget galt, kan lægerne derfor hurtigt stille en diagnose og tilpasse en skræddersyet behandling til patienten.

Og det mest fantastiske? De er meget nemme at producere og ekstremt billige.

De er nemlig lavet fra naturlige komponenter såsom nedbrydeligt silkevæv, nano-ler udvundet fra undergrunden og en grøn tværbinder (garvesyre).

Hvor vil vi hen – og hvad mangler vi?

Lige nu prøver vi at lære dem at genkende en række vigtige diagnostiske biomarkører i relation til kræft, sukkersyge og Parkinsons.

Forestil dig levende insulin-, kemo- og hjernemedicin-fabrikker i kroppen, som kan tændes og slukkes efter behov efter lægens ordre. Det er der, vi gerne vil hen.

De giver ikke kun en bedre forståelse af symptomer og sygdomme.

De fører nemlig også til personlige terapier, som kan minimere bivirkninger af medicin og øge behandlingskvaliteten.

De levende materialer har potentiale til at åbne dørene til en fagre ny verden med bedre sundhedsvæsen, sundere aldring og længere gennemsnitlig levealder.

Det kan de ved at hjælpe læger med at stille bedre diagnoser.

Så hvor er vi nu? Hvad mangler vi for, at ovenstående bliver til virkelighed?

Vi har som nævnt testet vores ’bioniske implanter’ i laboratoriet. Her er de akkurat så lovende som ovenfor beskrevet.

Lige nu er vi i gang med at undersøge, hvor godt de virker i mus og rotter. Laboratorie-resultaterne har vist, at de ikke er farlige for menneskeceller – så mon ikke de også virker i dyr? Det tror vi.

Men der er stadigvæk lang vej til klinikken.

Først skal vi vise, at de faktisk virker i dyr. Dernæst skal Fødevare- og Lægemiddelforvaltningen give grønt lyst til, at vi må bruge dem i forsøg med mennesker.

Går alle trin godt, er de klar til brug, og vi vil få en verden med meget bedre implantater.