ARTROSE: I dag finnes det ingen medisiner eller behandling som kan kurere artose. Sykdommen gjør at brusken, som er leddets støtdemper, smuldrer opp fordi kollagenfibrene ødelegges. Dette skaper sterke smerter. Belastningen på beinstrukturen i leddet blir for stor. Det fører til både betennelser og ørsmå sprekker i knoklene.
Rundt halvparten av oss vil få artrose en gang i løpet av livet.
Nyheten om at forskerteamet har klart å dyrke brusk med makroalgen bruntare som råstoff har derfor fått stor internasjonal oppmerksomhet.
SINTEF-forsker Øystein Arlov, som til daglig jobber med bioteknologi og nanomedisin, er med i teamet står bak de oppsiktsvekkende resultatene. Han har en doktorgrad i biopolymer-kjemi fra NTNU, basert på alginater: det gelédannende materialet som finnes i tang og tare.
– Da jeg tok doktorgrad under veiledning fra professor Gudmund Skjåk-Bræk, var målet å kunne manipulere strukturen i alginat (som består av en kjede med sukkermolekyler) slik at det får nye biologiske egenskaper, forteller forskeren.
Nå har Arlov og hans kolleger ved SINTEF og NTNU klart å modifisere alginatet til å fungere som et slags stillas som cellene kan vokse på. Cellenes naturlige stillas, kalt ekstracellulær matriks, består av kollagen og spesielle karbohydrater, og det er dette som brytes ned hos pasienter med artrose, forklarer han.
Med FIFA som startsponsor
For snart fire år siden ble SINTEF-forskeren kontaktet av et team ved det sveitsiske universitetet ETH Zürich. De hadde kommet over doktorgradsarbeidet til Arlov fordi de jobbet med et liknende prosjekt for FIFA: Fotballorganisasjonen er nemlig svært interessert i mulighetene for å reparere brusken i skadde fotballknær.
Nå er FIFA ute av prosjektet, men SINTEF og det sveitsiske teamet startet et samarbeid som nylig har vakt internasjonal oppmerksomhet på grunn av resultatene:
– I våre laboratorier har vi brukt bruntare som råstoff. Grunnen er at alginatet fra taren kan danne en gelé som egner seg til celledyrking fordi det likner på cellenes naturlige miljø, forklarer SINTEF-forskeren.
Men alginatet i seg selv stimulerer ikke til vekst av celler. Derfor har forskerne sørget for å modifisere alginatet kjemisk. Det gjøres ved å koble på sulfat, som er karakteristisk for karbohydratene som finnes i naturlig brusk. Det gjør at alginatene kan fungere som mottakere for flere viktige signalmolekyler som cellene skiller ut for å «snakke med hverandre».
Mikroskopbildene viser bruskceller som vokser i alginat. I bildet til høyre har sulfat blitt koblet til alginatet, noe som gjør at bruskdannelsen øker. Dette demper også betennelsesreaksjoner. Foto: SINTEF.
Cellenes ytre miljø er nemlig en viktig forutsetning for vekst og normal funksjon. Litt forenklet kan vi si at disse nye alginatene etterlikner naturen og gir cellene beskjed om å overleve, dele seg, og i det hele tatt oppføre seg slik bruskceller skal.
– Med denne metoden har vi klart å få bruskcellene til å overleve og dele seg in vitro – altså i glasskåler på laboratoriet, sier Øystein Arlov.
Mens SINTEF i Norge framstiller materialet cellene vokser på, er det forskningsteamet i Zürich som studerer cellekulturene:
– Vi frysetørker materialet vi produserer, og så sender vi dem rett og slett i pulverform i posten til Sveits, sier forskeren.
Vel framme i Sveits blir det sulfaterte alginatet løst i vann og blandet med celler. Ved tilsats av kalsium dannes en gelé som holder cellene på plass.
Også betennelsesdempende
Resultatene fra Sveits har vært svært vellykkede, ikke minst fordi cellene som produseres også har vist seg å også ha en dempende effekt på betennelser.
Det reduserte også effekten av såkalt oksidativt stress, som er med på å akselerere degenereringen av brusk. Denne positive effekten økte med økende sulfateringsgrad i alginatet.
Neste steg er å teste de nye materialene og laboratorieskapt brusk i mus.
– Håpet er at vi en dag kan bruke denne teknologien til å stoppe utviklingen av artrose hos pasienter og regenerere tapt brusk, sier forsker Øystein Arlov i SINTEF.
Referanse: Anne Kerschenmeyer, Øystein Arlov, Vera Malheiro, Matthias Steinwachs, Markus Rottmar, Katharina Maniura-Weber, Gemma Palazzolo, Marcy Zenobi-Wong. Anti-oxidant and immune-modulatory properties of sulfated alginate derivatives on human chondrocytes and macrophages. Biomater. Sci., 2017; 5 (9): 1756 DOI: 10.1039/c7bm00341b
