Nanoteknik: Det lilla blir stort

En medicinsk revolution. Det är vad som väntar om satsningarna på att lösa kliniska problem med nanoteknik håller hela vägen fram till patienterna. Men många frågor återstår. På Karolinska Institutet har Sveriges första medicinska nanoteknikcenter nyligen startat i syfte att besvara några av dessa.

Biosensorer, funktionella ytbeläggningar, nanomotorer. Nanoteknik är ett stort och högaktuellt forskningsområde med tillämpningar inom allt från elektronikindustrin till den medicinska forskningen. Men än så länge har få medicinorienterade nanoteknikprojekt resulterat i kliniska applikationer.

En förklaring är förmodligen att forskning kring så kallad nanomedicin ställer höga krav på multidisciplinär kompetens och kreativitet, vilket förutsätter att det finns arenor där exempelvis tekniker och medicinare kan mötas och kommunicera. Swedish Medical Nanoscience Center är ett nystartat center på Karolinska Institutet och det första i sitt slag i landet som ska fungera som en sådan mötesplats.

- Medicinarna vet inte vilka guldgruvor teknikerna sitter på och teknikerna vet inte vilka medicinska behov som finns. Vi vill bygga en bro mellan dessa världar, säger Agneta Richter-Dahlfors, professor i cellulär mikrobiologi vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet och ledare av centret.

Eventuella hälsorisker vid exponering

En annan förklaring till att de nanomedicinska produkterna dröjer är att vi i dag vet mycket lite om eventuella hälsorisker för den som exponeras för nanomaterial. Bengt Fadeel är docent vid institutet för miljömedicin på Karolinska Institutet och koordinerar ett internationellt EU-finansierat projekt, NANOMMUNE, vars uppgift är att undersöka hur immunförsvaret hanterar nanomaterial och hur eventuell toxicitet kan förhindras.

- Redan i dag injiceras till exempel nanopartiklar av järnoxid som kontrastmedel vid magnetkameraundersökningar. I ett NANOMMUNE-projekt på Kungliga Tekniska Högskolan försöker man minska risken för toxiska reaktioner genom att ge partiklarna ett hölje av kiseldioxid - vilket gör att de magnetiska egenskaperna behålls samtidigt som partiklarna bli mer biokompatibla, säger han.

Forskargrupper inom NANOMMUNE studerar också så kallade kolnanorör och har visat att dessa fiberstrukturer ger lungskador hos möss, som liknar dem som fås av asbestfibrer. Men Bengt Fadeels forskargrupp på Karolinska Institutet har också, enligt ännu ej publicerade data, visat i cellstudier att immunceller klarar av att bryta ner modifierade kolnanorör och på så sätt oskadliggöra dem. Kolnanorör förekommer framför allt i elektriska komponenter men det finns även förhoppningar om att kunna använda dem som bärare av läkemedel.

Viktigt att ha patienten i fokus

För all nanoteknik som kan leda fram till medicinska applikationer betonar Agneta Richter-Dahlfors vikten av patientfokus, även under teknikutvecklingen, för att på ett tidigt stadium kunna förutsäga och förhindra eventuella hälsorisker.

- Teknikforskarna måste till exempel ta hänsyn till att den slutliga produkten ska vara biokompatibel, steril och fungera i 37 grader. Det är ett effektivare tillvägagångssätt än att börja med att ta fram en teknisk prototyp och sedan fundera på om den kan lösa någon medicinsk frågeställning, säger hon.

Agneta Richter-Dahlfors står tillsammans med Magnus Berggren, professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet, och Barbara Canlon, professor i hörselfysiologi på Karolinska Institutet, bakom en vetenskaplig artikel som fick stor medial uppmärksamhet då den publicerades i tidskriften Nature Materials i somras. Forskarna presenterade då sin utveckling av något som delvis liknar en konstgjord nervcell; en liten jonpump av plast med förmågan att ge ifrån sig signalsubstanser som ett resultat av elektrisk stimulering.

Vidareutvecklingar av jonpumpen ska i framtiden förhoppningsvis kunna implanteras för att bland annat lindra eller förhindra hörselskador eller behandla Parkinsons sjukdom, kanske tillsammans med en biosensor som känner av signalsubstansnivån i sin omgivning. Detta forskningsprojekt är ett tydligt exempel på hur Agneta Richter-Dahlfors anser att man bör hantera nanomedicinsk forskning för att chanserna att nå ända fram till en färdig produkt ska vara så goda som möjligt.

- Inledande materialforskning leddes av Magnus Berggren och tillsammans visade vi att principen fungerade med joner. När vi sett att även signalsubstanser fungerade sökte vi en medicinsk samarbetspartner på Karolinska Institutet för att föra konceptet vidare och försöka styra nervcellsfunktioner. Detta projekt leds nu av Barbara Canlon, säger Agneta Richter-Dahlfors.

- Man måste våga bolla vidare. Tekniktänkandet finns fortfarande med i bilden men vi har hela tiden successivt flyttat tyngdpunkten i projektet, från de rent tekniska lösningarna mot de kliniska tillämpningarna.

Inom Swedish Medical Nanoscience Center samarbetar i nuläget forskare vid Linköpings universitet, KTH i Stockholm samt Lunds universitet med forskare vid Karolinska Institutet, för att bygga upp ytterligare tekniska plattformar för exempelvis singelcellanalys samt så kallad akustisk mikrofluidik - en teknik för att exempelvis separera mänskliga celler från bakterier.

Samtidigt arbetar man aktivt för att attrahera nya samarbetspartner som är intresserade av att gå vidare med befintliga tekniska och biologiska system. Jonpumpen skulle till exempel kunna komma till nytta inom nya forskningsområden.

Nanopartiklar och cancerbehandling

Andreas Nyström, forskarassistent vid institutionen för onkologi-patologi vid Karolinska Institutet med en civilingenjörsexamen från KTH i grunden, är en av forskarna med teknisk bakgrund som håller på att initiera ett samarbete med centret. Ett av hans forskningsprojekt handlar om att försöka kapsla in cancerläkemedel i nanopartiklar, i syfte att höja effektiviteten och säkerheten vid cancerbehandling. I dag använder han sig av samma typ av material som redan utnyttjas i exempelvis nedbrytbara benskruvar men målet är att så småningom kunna kapsla in substanserna med så kallade dendrimerer.

- Dendrimerer är förgrenade polymerer i nanostorlek som fungerar som molekylärt lego. De har en exakt struktur och man kan koppla på en mängd olika saker för att skräddarsy deras egenskaper. De toxikologiska studier som gjorts hittills ser mycket lovande ut, säger han.

Fortsatta toxikologiska analyser av dendrimererna sker i samarbete med Bengt Fadeel, som ser mycket positivt på nanoteknikens medicinska möjligheter överlag, trots de potentiella riskerna.

- Om man lyckas hålla en god dialog mellan alla inblandade vetenskaper i detta väldigt multidiciplinära område - inklusive toxikologin - så tror jag att vi är på väg mot ett genombrott när det gäller nanomedicinska tillämpningar, en slags medicinsk revolution, säger han.

Länkar

Nanomedicin