Advarsel: Voldsomme billeder Kilde: Politiken / Heidi Skibsted

Danske forskere 3D-printer knogler, der er så naturtro, at de snyder kroppen

Det er lykkedes et fynsk forskerhold at 3D-printe knogler, der kan vokse naturligt sammen med kroppens egne knogler. Det virker i mus, hvor de kunstige knogler forvandler sig til ægte knogler med et netværk af blodårer og sågar marv. Det vækker håb om, at patienter, der har mistet knogler i forbindelse med ulykker eller sygdom, kan få deres ødelagte kropsdele erstattet.

Da vi åbner glasdøren til laboratoriet på Syddansk Universitet, er det som at træde ind i en scene fra ’Westworld’ – den populære science fiction-serie fra HBO, hvor en stor del af seriens hovedpersoner er 3D-printet og udstyret med kunstig intelligens, så de til forveksling ligner helt almindelige mennesker, og man som seer har svært ved at regne ud, hvem der er menneske, og hvem der er maskine.

Det er den tanke, man får, når man står i det fynske laboratorium og ser en naturtro menneskekæbe blive lavet helt fra bunden i en 3D-printer. Det, der kunne minde om en limpistol fra et hobbyværksted, bevæger sig med hurtige ryk rundt i en kasse med vinduer i siderne og sprøjter en tandpastalignende masse ud, som bygger underkæben op lag for lag og placerer en perlerække af tænder på toppen.

Det er ikke kun formen af kæben, som er naturtro. Den er i overvejende grad lavet af kalciumfosfat ligesom vores egne knogler, og så er knoglerne fyldt med hulrum, som vi kender det fra naturen.

»Vi har opfundet et nyt materiale, som man kan bruge til at printe knogler, så de til forveksling ligner vores egne knogler. Hvis vores dyreforsøg fortsætter med at vise lovende takter, vil det kunne revolutionere behandlingen af patienter, der har mistet knogler under ulykker eller sygdom«, siger lektor og molekylærbiolog Morten Østergaard Andersen fra SDU Biotechnology, mens han kigger ind til printningen af underkæben.

Timelapse: Kæbe bliver 3D printet

Kilde: Politiken

Han udgør i selskab med de to nyudklækkede ingeniører i velfærdsteknologi Casper Slots og Martin Bonde Jensen trioen bag den nye opfindelse. Hemmeligheden bag det nye materiale er, at de har blandet kalciumfosfat med en olie i form af stearinsyre, så konsistensen bliver helt rigtig og kan bruges i en 3D-printer.

»Det betyder, at vores materiale vil være flydende, når det har en temperatur over 60 grader, som man kender det fra et stearinlys, og det kan dermed komme igennem 3D-printerens dyse. Når printningen er overstået, og materialet får lov til at køle af, vil det stivne og blive stenhårdt ligesom et stearinlys. Vores materiale bliver stærkt nok til at fungere som en midlertidig knogleerstatning«, siger Morten Østergaard Andersen.

Det er ikke nyt, at man kan 3D-printe implantater, som passer perfekt til den enkelte patient, og at man kan bruge dem til at reparere knogleskader hos patienter. Det sker på mange hospitaler verden over, hvor man typisk putter enten titanium eller plastik i printpatronen på 3D-printeren. Problemet med disse materialer er, at de opleves som et fremmedlegeme i kroppen og kan give problemer som infektioner. Implantaterne kan også løsne sig med tiden, da de blot er skruet fast.

Disse komplikationer betyder, at 30-40 procent af de patienter, som er blevet rekonstrueret i kraniet eller ansigtet, skal genopereres på et tidspunkt. Det problem forsøger de fynske forskere at komme til livs med deres nye opfindelse, som universitetet har taget patent på.

»Vores 3D-printede knogler er så naturtro, at de vil snyde kroppen til at tro, at de er dens egne knogler. Så knoglerne på begge sider af bruddet vil vokse ind i implantatets hulrum og indefra kunne forvandle den kunstige knogle til en ægte knogle med marv, blodårer og nervebaner. Drømmescenariet er, at patienten vil få den knogle tilbage, han har mistet. Med præcis den samme form og styrke«, siger Morten Østergaard Andersen og tager den færdiglavede underkæbe ud af 3D-printeren.

Hvis man går tæt på den kunstige kæbe, som stadig er varm, kan man se, at kæben er perforeret med en masse hulrum.

Vores 3D-printede knogler er så naturtro, at de vil snyde kroppen til at tro, at de er dens egne knogler. Så knoglerne på begge sider af bruddet vil vokse ind i implantatets hulrum og vil indefra kunne forvandle den kunstige knogle til en ægte knogle med marv, blodårer og nervebaner

»For at hjælpe knogledannelsen på vej i de kunstige knogler har vi lavet forsøg, hvor vi har badet implantaterne i en væske, der indeholder stamceller, som er små nok til at kunne kravle ind i porerne på de 3D-printede knogler. Når stamcellerne rammer den hårde overflade i implantatet, vil de automatisk begynde at lave nyt ægte knoglevæv og bruge det materiale, som den 3D-printede knogle er lavet af, som byggesten«, siger Morten Østergaard Andersen, mens han demonstrerer princippet ved at hælde en rød væske med stamceller ned over kæben, som er placeret i en petriskål.

Han kigger på uret.

»Hov, vi skal af sted nu, hvis vi skal nå at overvære operationen«.

Smertedæmper med Nutella

Snart står vi i hvide og blå operationsdragter og med grønne hårnet i dyrestalden på Syddansk Universitet, som er nabo til Odense Universitetshospital. Vi har fået selskab af molekylærbiolog Nicholas Ditzel og ledende kæbekirurg Torben H. Thygesen.

Dagens patient er ikke en mand, der har tabt kæben. Det er en mus, der er i fin form i sit bur, da vi dukker op på operationsstuen. Enten er den kravlet op i fodertruget og hænger med hovedet nedad, eller også graver den om kap med sig selv i det tykke lag af savsmuld. Indtil den opdager, at der er smurt lidt Nutella ud på siden af buret, som den skynder at slikke i sig.

»Jeg har knust en morfintablet ind i Nutellaen, så lige om lidt vil musen være smertedækket i lang tid«, siger Nicholas Ditzel.

Han tager lidt senere musen i nakkeskindet, lægger den til rette i sin hånd og stikker en sprøjte ind gennem dens maveskind. Der går cirka et kvarter, så er musen faldet i en dyb søvn med åbne øjne.

»Nu putter jeg lidt gele i musens øjne, så de ikke tørrer ud under anæstesien«, siger Nicholas Ditzel.

Lapper hul i kraniet

Nu ligger musen under et operationsmikroskop i lyset fra en skarp lampe. Med et hurtigt snit på langs af musens baghoved krænges huden til side og blotlægger hjerneskallen. En biopsi-stanse, som man normalt bruger til at tage hudprøver på mennesker, trykkes ned i kraniet for at kunne fjerne et stykke kranieknogle, som er lige så tyndt som en æggeskal.

Det lykkes, og med en pincet løsnes en skive kranieknogle, som i diameter er på størrelse med de runde papirstykker fra en hulmaskine.

»Hullet i musens kranie er så stort, at det ikke vil kunne vokse sammen af sig selv«, siger Nicholas Ditzel og tager et 3D-printet stykke knogle med små fine huller i og putter ned i operationshullet. Det har præcis den samme størrelse som det stykke knogle, der blev fjernet. Den bortkrængede hud løftes tilbage, så det dækker kraniet igen og sys sammen med tre hurtige sting.

Musen løftes tilbage i buret og bliver kørt ind på opvågningsstuen, hvor den vil vågne op sammen med 17 andre mus, som har været gennem den samme operation. De nyopererede mus vil vågne op til lyden af ’Give It Up’ med KC and the Sunshine Band.

»Na, na, na, na, na, na, na, na, na, na, now. Baby give it up«, lyder det ud af højttalerne fra loftet.

Nicholas Ditzel tager et bur frem med en mus, som blev opereret i går. Det afslører tre sting.

»På grund af de karakteristiske sting i hovedet kalder vi dem frankensteinmus, og det er faktisk kærligt ment«, siger Morten Østergaard Andersen, mens musen kravler op på kanten af buret, da låget tages af. Den er med sin ivrighed og snarrådighed nærmest ikke til at fotografere for Politikens fotograf.

Implantat bliver til ægte knogle

De 18 mus har fået opereret forskellige implantater ind i hullet i kraniet.

»En gruppe mus har fået traditionelle implantater lavet af enten titanium eller plastik, og en anden gruppe har fået vores 3D-printede knogler, som vi forventer os så meget af«, siger Morten Østergaard Andersen.

Musene bliver skannet dagen efter operationen og så otte uger senere. Forskerne har gennemført et lignende forsøg tidligere, og resultaterne har været opmuntrende.

På grund af de karakteristiske sting i hovedet kalder vi dem frankensteinmus, og det er faktisk kærligt ment

»Vi kan se, at hos de mus, der modtager vores 3D-printede knogler, bliver hullerne fyldt ud med knogle, hvilket ikke sker hos de mus, som har fået implantater af titanium og plastik. Så vores mus, der har fået vores 3D-printede implantat, heler modsat de andre fuldstændig. Vi så endda, at den 3D-printede knogle er i stand til at danne marv«, siger Morten Østergaard Andersen, mens kæbekirurg Torben H. Thygesen står ved siden af og smiler veltilfreds.

Da vi har smidt operationstøjet i slusen til operationsstuen, inviterer kæbekirurgen os på en lang gåtur igennem det lange tunnelsystem, som forbinder dyrestalden med Odense Universitetshospital.

»Når man går her på en nattevagt, er det ligesom at være med i et afsnit fra ’Riget’, siger den skæggede kirurg, inden vi når frem til hans kontor på Kæbekirurgisk Afdeling.

3D-printeren bruges på hospitalet

På kontoret fornemmer man nærmest patienternes tilstedeværelse, selv om de ikke er fysisk til stede. For på fire metalhylder langs væggen står der ikke kun medicinske opslagsbøger, men også 3D-printede kranier fra mange af de patienter, som er eller har været indlagt på Kæbekirurgisk Afdeling for at få rekonstrueret deres ansigt efter en ulykke eller en sygdom.

»3D-printteknologien er ikke fremmed for os. Vi 3D-printer kranierne af vores patienter, så vi kan planlægge den mest optimale behandling og sikre os, at de implantater, vi bruger, sidder de rigtige steder og har nogle former, så patienten i så høj grad som muligt kan bevare de ansigtstræk, som personen havde før ulykken eller sygdommen«, siger Torben H. Thygesen, der kan huske den præcise patienthistorie for hvert enkelt kranium, der står på hylden.

Han løfter tre kranier ned på det bord, vi sidder ved.

Hvis vi havde den teknologi til rådighed på afdelingen i dag, ville vi i den perfekte verden skanne den raske side af ansigtet hos den syge eller forulykkede patient om morgenen, printe en spejlet version af den raske knogle i 3D-printeren om formiddagen, og så operere den ind i patienten om eftermiddagen

Det første kranium stammer fra en kræftsyg mand, som mangler halvdelen af sit ansigt, som blev fjernet, fordi kræft i mundhulen havde bredt sig til ansigtsknoglerne. Det andet kranium stammer fra en dreng, som fik et stort hul i kraniet over venstre øje efter en fyrværkeriulykke. Det tredje kranium stammer fra en ung mand på stoffer, der kørte ind i et vejtræ i en soloulykke og knuste sin underkæbe.

En ny kæbe fra hoften

Den forulykkede unge mand er i øjeblikket indlagt på Odense Universitetshospital. Kæbekirurgerne har under deres første operation skruet de knoglestykker, der stod til at redde, sammen med en titaniumskinne. Men som det 3D-printede kranium af patienten viser, er der stadig et stort hul i kæben, og tænderne i undermunden er væk.

»Om tre måneder vil vi tage et stykke knogle fra patientens hofte og lukke hullet i patientens kæbe. Den udtagne hofteknogle vil af naturlige grunde ikke have den samme form og struktur, som den kæbeknogle, som patienten har mistet. Men det er det bedste, vi kan gøre med den teknologi, som vi har til rådighed i dag«, siger Torben H. Thygesen, som tripper for at komme i gang med at 3D-printe kunstige knogler, der er ’skræddersyet’ til den enkelte patient.

»Hvis vi havde den teknologi til rådighed på afdelingen i dag, ville vi i den perfekte verden skanne den raske side af ansigtet hos den syge eller forulykkede patient om morgenen, printe en spejlet version af den raske knogle i 3D-printeren om formiddagen og så operere den ind i patienten om eftermiddagen. Og så ville knoglen bygge sig selv og genopstå efter nogle måneder, samtidig med at den printede kæbe, som har fungeret som pladsholder, ville forsvinde. Det er den finte, vi håber vil lykkes i fremtiden«, siger Torben H. Thygesen.

»For det ville være en gave for de patienter, der i dag lider af tygge- eller synkebesvær, fordi de har en kæbe med en titaniumskinne eller har fået et nyt ansigtsudtryk, som virker skræmmende«.

På vej mod forsøg på mennesker

Teknologien er ikke klar i dag, men forskerholdet håber, at de kan indlede de første forsøg på mennesker til næste år, hvis et forsøg på grise til efteråret falder succesfuldt ud.

»I griseforsøgene vil vi fjerne tre centimeter knogle fra grisenes kæber og erstatte det med en 3D-printet knogle. Hvis det lykkes os at få repareret kæben, så den er så god som ny, vil vi så hurtigt som muligt, og når det er etisk forsvarligt, prøve teknologien af på patienter. Det bliver sandsynligvis i 2018«, siger Torben H. Thygesen.

Kæbekirurgen er ikke i tvivl om, hvad patienterne vil vælge af behandlinger, hvis teknologien også viser sig at virke på mennesker.

»Hvis man spørger en patient, om han vil have en kunstig kæbe lavet af titanium eller en naturlig kæbe lavet af patientens egen knogle, præcis som den var før ulykken, er jeg ret sikker på, hvad patienten vil svare«, siger Torben H. Thygesen, mens han sætter kranierne tilbage på hylden.

Redaktionen anbefaler:

Annonce

For abonnenter

Annonce

Podcasts

Forsiden

Annonce