Implantater af plast skal holde hele livet

RisøNyt NO1 RisøNyt N 2004
O1 2004
Implantater af plast skal holde hele livet
Af Rolf Haugaard Nielsen, videnskabsjournalist
Kroppen gør hvad den kan for at
afstøde implantater. Løsningen er at
udvikle overfl ader, der hindrer proteiner
og celler i at binde sig til implantaterne.
Så slipper patienterne for gentagne
operationer og indlæggelser
med betændelser og infektioner.
Med implantater kan fl ere mennesker leve
et godt liv: Kunstige hornhinder, katetre til
forkalkede blodårer, katetre i urinvejene eller
galdegangene og kunstige hofter. Næste
generation af implantater bliver aktive.
Fx sukkersensorer under huden, som hele
tiden måler blodsukkeret og doserer insulin
til sukkersyge.
Selv om nutidens implantater er til gavn for
mange mennesker, er de langt fra perfekte.
Især ikke implantater, som ideelt set skal holde
resten af livet. Det er ikke rart at skulle have
udskiftet et kateter, en pacemaker eller en ventil
i hjertet, og det er heller ikke uden risiko.
Problemet er, at kroppen gør alt, hvad den
kan for at indkapsle implantater, som den
opfatter som uønskede fremmedlegemer,
selv om de er fremstillet af sterile og ugiftige
materialer. Når immunforsvaret går til angreb,
opstår der ofte langvarig betændelse, som
gør det nødvendigt at fjerne implantatet og
erstatte det med et nyt. Andre gange dækkes
katetre af en fi lm af bakterier, som kan
føre til farlige komplikationer som infektioner
og blodforgiftning.
”Hvis vi kan modifi cere implantaternes overfl
ader, så proteinerne ikke får fat, standses
afstødningsprocessen, og i princippet vil
implantaterne blive ved med at fungere livet
igennem”, siger Peter Kingshott fra Risø.
IMPLANTATER UDEN SKADER PÅ KROP OG SJÆL
“Der kommer fl ere ældre med behov for
langtidsholdbare implantater. Derfor satses
der stærkt på forskning og udvikling både
herhjemme og i udlandet”, siger Marianne
Strange fra Risø.
”Der er behov for forskning, for plast har
mange fordele. Plast er billigt og bøjeligt,
og der er store muligheder for at designe
overfl ader med de egenskaber, man ønsker”,
siger Thomas Brevig fra Bioneer A/S
i Hørsholm.

RisøNyt N O1 2004 11
Bindeled mellem fysik, kemi, biologi og holdbare implantater
“Ortopædkirurgien er et område i stor udvikling
– vi indsætter fl ere og fl ere proteser
og er i stand til at foretage stadigt mere
kompliceret kirurgi. Derfor har vi behov for
udvikling af nye biomaterialer, blandt andet
til effektivt at fæstne metalproteser til patientens
knogler. Fikseringen skal kunne holde i
lang tid, og det skal være et materiale, som
organismen kan leve med på længere sigt.
Det vil også være interessant at udvikle en
teknisk løsning, der kan forhindre indopererede
hofteproteser i at gå af led. Dette
kan desværre ske, hvis patienten foretager
bestemte bevægelser.
Materialeforskningen er således et utroligt
vigtigt område for ortopædkirurgien. Og Risøs
forskning i biomaterialer er et væsentligt
bidrag til at sikre, at vi får et fornuftigt bindeled
mellem biologien og de fremmedlegemer,
vi implanterer.
I vores samarbejde med Risø har vi et stærkt
“Vi er specielt interesserede i at udvikle polymerer,
der er såkaldt bioforligelige, dvs.
kan implanteres i kroppen uden problemer.
En bioforligelig polymer kan fx bruges til at
omslutte en sensor, der kan placeres under
huden og overvåge glukosemængden hos
diabetespatienter – dette er vigtigt, for at
patienten kan tage de rette doser insulin.
Når man opererer et fremmedlegeme ind
i kroppen, er der stor risiko for, at immunforsvaret
reagerer – der opstår en infl ammation.
Reaktionen fremkommer, dels fordi
væv bliver ødelagt ved isætningen af fremmedlegemet
og dels fordi nogle bestemte
af kroppens proteiner forandrer sig, når de
sidder på fremmedlegemets overfl ade.
samspil med løbende gensidig feed-back:
Fra den medicinske side kan vi forklare
problemerne og behovene, mens Risø kan
foreslå de tekniske løsninger og udvikle de
rette materialer. Gennem afprøvninger fi nder
vi ud af, hvad der kan lade sig gøre rent
teknisk og medicinsk.
Det bliver vigtigere og vigtigere, at parterne i
medicosektoren jævnligt mødes og udveksler
behov og muligheder, så vi systematisk
kan udnytte den viden, vi tilsammen har.
Her er en af Risøs styrker deres erfaring i
at samarbejde med såvel industrien som
hospitalssektoren – de er gode til at få sat
ting i gang og få dem gennemført.”
Det siger professor, overlæge, dr.med. Jes
Bruun Lauritzen, Ortopædkirurgisk Afdeling,
Bispebjerg Hospital, Københavns Universitet,
til RisøNyt.
Ny viden om nanostrukturer hjælper sukkersyge
“Vi samarbejder med Risø i en såkaldt innovationskontrakt,
Nano- og Biointerface;
og vi har stor glæde af den videnudveksling,
som foregår i denne sammenhæng.
Kort fortalt handler det om polymeroverfl ader,
der skal være velegnede til brug i laboratorieundersøgelser
af celler, proteiner mv.
Her er det vigtigt at have styr på, hvad der
sætter sig på overfl aderne og hvordan.
Risøs Center for Nanostrukturerede Polymeroverfl
ader til Medicinsk Anvendelse har
nogle attraktive værktøjer til at analysere
plastoverfl ader helt nede på nanoniveau,
det vil sige nede i en størrelsesorden på
nogle få milliontedele millimeter.
For at mindske immunforsvarets reaktion
skal polymeroverfl adens struktur altså designes
på en sådan måde, at proteinerne
ikke vil sætte sig på overfl aden, eller sætter
sig på overfl aden uden uønskede ændringer.
Eftersom proteiner kun er nogle få
nanometer store, dvs. nogle få milliontedele
millimeter, er det overfl adens struktur set
helt nede på nanoskala, der skal være på
den rette måde. Og det er lige netop overfl
adernes nanostruktur, Risø har en særlig
grundvidenskabelig ekspertise i.”
Det siger afdelingsleder Thomas Buch Rasmussen,
Novo Nordisk, Sensor Technologies,
til RisøNyt.
Innovationskontrakt med Coloplast
I dette forskningssamarbejde lægger vi ikke
penge på bordet men egenforskning der
mindst ekvivalerer Risøs indsats - der er
således ikke tale om traditionel kontraktforskning,
men et forskningssamarbejde af
mere langsigtet, strategisk interesse.
På andre områder har vi et mere operationelt,
dagligt samarbejde med Risø. Blandt
andet har vi haft stor glæde af Risøs ekspertise
og bistand i forbindelse med strålesterilisering
af vores plastprodukter til
medicinske formål.”
Det fortæller forskningsdirektør Peter Samuelsen,
Coloplast, til RisøNyt.

Læs mere på
www.risoe.dk
Eksterne
links
RisøNyt N O1 2004
Overfl aden giver virkningen
“Visse medicintyper fremstilles ved brug af
celler, som kun kan fungere, når de sidder
fast på en overfl ade. Det er blandt andet
produkter med sådanne overfl ader, Nunc
producerer. Endvidere fremstiller vi overfl ader
til brug i laboratorieanalyser.
I tråd med vores fortsatte udvikling af disse
forretningsområder udvikler vi produkter og
har brug for viden om polymeroverfl ader, og
hvordan de spiller sammen med mikroorganismer,
celler og andre biomolekyler. Vi er
både interesseret i overfl ader, som binder
biomolekyler, og overfl ader, som netop ikke
binder.
Derfor er det vigtigt for os at samarbejde
med Risøs Center for Nanostrukturerede
”Miseren starter med at tilfældige proteiner
binder sig til implantaterne, som derefter
indkapsles af celler fra immunforsvaret eller
af bakterier. Hvis vi kan modifi cere implantaternes
overfl ader ved hjælp af fx plasmapolymerisering,
så proteinerne ikke får fat,
standses hele kaskaden, og i princippet vil
implantaterne blive ved med at fungere livet
igennem”, siger Peter Kingshott fra Risø.
Behovet for langtidsholdbare implantater vil
Center for Nanostrukturerede Polymeroverfl
ader til Medicinsk Anvendelse:
www.risoe.dk/press/presse2003/nyt_plastcenter_250703.htm
og http://www.cnp.risoe.dk
Marianne Strange:
www.risoe.dk/pol/staff/marp.htm
Peter Kingshott:
www.risoe.dk/pol/staff/petk.htm
Polymerafdelingen:
www.risoe.dk/pol/
Centre for Cell Engineering, University of
Glasgow: http://www.gla.ac.uk/Inter/CellEngineering/
Coloplast Danmark A/S: www.coloplast.dk og
www.coloplast.com
CSIRO Molecular Science, Melbourne,
Australia: http://www.csiro.au/index.asp?type=
division&id=Molecular%20Science
Danfoss: www.danfoss.dk/
Department of Textile and Macromolecular
Chemistry, University of Technology Aachen,
Germany: http://www.dwi.rwth-aachen.de/
Ian Wark Research Institute, University of
South Australia: http://www.unisa.edu.au/iwri/
NESAC/BIO, University of Washington, Seattle,
USA: http://www.nb.engr.washington.edu/
Novo Nordisk Danmark: www.novonordisk.dk
Nunc: www.nuncbrand.com
Odense Universitetshospital: www.ouh.dk
Scandinavian Micro Biodevices: www.smb.dk
Polymeroverfl ader til Medicinsk Anvendelse.
Centret har en omfattende grundviden om
polymeroverfl ader, og den kan vi bruge i
vores udvikling af nye eller forbedrede produkter.
Vi trækker blandt andet på centrets
ekspertise til at få udført specielle analyser.
Risø arbejder på en måde, der viser stor
forståelse for, at resultaterne af deres
grundforskning skal bruges til noget. Det
er en stor styrke at have denne form for link
mellem grundforskning og industri.”
Det fortæller R&D Direktør Henrik Nørgaard
Rasmussen, Nunc, til RisøNyt.
stige i de kommende årtier, fordi befolkningerne
i Europa og resten af den vestlige verden
i gennemsnit bliver ældre og ældre.
”Derfor satses der stærkt på forskning og udvikling
både herhjemme og i udlandet, både
på offentlige institutioner og i medicoindustrien”,
siger Marianne Strange fra Risø.
Nanoteknologi på overfl ader
Hvis man skal kunne styre, hvordan overfl ader
på plast-implantater reagerer med proteiner
og celler i kroppen, skal overfl aderne
skræddersyes i nanoskala. ”Derfor er der
behov for forskning, for plast har mange fordele.
Plast er billigt og bøjeligt, og der er store
muligheder for at designe overfl ader med
de egenskaber, man ønsker”, siger Thomas
Brevig fra Bioneer A/S (tidligere Bioteknologisk
Institut) i Hørsholm.
Bioneer A/S har sammen med Risø og fi rmaerne
Coloplast, Danfoss, Novo Nordisk,
Nunc og Scandinavian Micro Biodevices
dannet ”Center for nanostrukturerede polymeroverfl
ader til medicinsk anvendelse”.
Centeret støttes af Ministeriet for Videnskab
og Teknologi med 15 millioner kr. i perioden
fra 2003 til 2006.
Færre operationer
Plastoverfl ader, som ikke dækkes af bakteriebelægninger,
kan bl.a. blive til gavn for
patienter med kræft i bugspytkirtlen og galdevejene.
Kræften fører ofte til forsnævringer
i galdegangene, hvorfor kirurgerne indsætter
dræn, så gangene holdes åbne.
”Dræn af plast holder normalt kun mellem
6 og 12 uger, før de er dækket af bakteriefi
lm og må udskiftes. Dræn af metal holder
længere, men koster tyve gange så meget.
Derfor vil det være ideelt, hvis det lykkes at
udvikle plastrør, som der ikke gror noget som
helst på. Problematikken er den samme for
alle former for plastkatetre i blodårene, blæren
eller urinvejene”, siger overlæge Ove
Schaffalitzky de Muckadell fra Odense Universitetshospital.
Langtidsholdbare plastkatetre vil ikke blot
spare ressourcer, men også blive oplevet
som en stor forbedring af patienterne, som
slipper for gentagne operationer samtidig
med, at risikoen for infektioner og blodforgiftning
reduceres.
Sodavandsplast ombygges til implantatplast
Risø har bl.a. modifi ceret overfl aden på PET
(polyethylenterephthalat), en billig plast, der
bruges til sodavandsfl asker. På overfl aden er
der hæftet molekylekæder, som stikker op
fra overfl aden som hårene på en kost. Kæderne
binder vand, som lukker adgangen for
proteiner, der starter den kaskade, der fører
til indkapsling af implantater eller til dannelse
af bakteriefi lm.
Muligheden for at designe overfl ader på plast
vil blive forbedret i løbet af året, når Risø får
et nyt reaktionskammer til plasmapolymerisering.
I kammeret kan man fremstille meget
stabile nanostrukturer på plastoverfl ader.
Det internationale samarbejde intensiveres
gennem EU-netværket Softcomp med deltagelse
af 32 europæiske forskningsinstitutioner
og fi rmaer. Et af målene er at udvikle
bløde plastmaterialer med nanostrukturer
og funktioner, der er inspireret af biologien
og i stand til at spille sammen med levende
væv.