211service.com
Træsko-busters
Små, kunstige blodkar er beregnet til at give håb til hjerte-bypass-patienter. Problemet er, at disse små syntetiske kar har tendens til at tilstoppe. Nu, biomedicinsk ingeniør Donald Elbert og hans hold ved Washington University, i St. Louis, har udviklet et nyt materiale designet til at narre kroppen til at bygge kar fra dens egne celler.
Washington Universitys bioingeniører forestiller sig, at den her afbildede gel en dag vil løse et koagulationsproblem i små, kunstige blodkar. Gelen, lavet af proteinfragmenter (blå rektangler), blodproteinet albumin (grå totter), et signallipid (gule pletter) og en syntetisk polymer (blå stjerner), ville lokke endotelceller (grå klump), som beklæder mennesker blodkar, for at kolonisere indersiden af kunstige kar.
Roden til tilstopningsproblemet er termodynamik, siger Elbert. Når et kar er lavet af modificeret teflon – eller andet end kroppens egne celler – støder proteiner i blodet ind i karvæggene, sætter sig fast, folder sig ud og bliver aktive, hvilket udløser koagulationsreaktioner. Blodpropperne er for små til at blokere store kar, og faktisk er Teflon-aorta almindelige. Men i kar, der er smallere end seks millimeter på tværs, laver blodpropper træsko. Derfor kan hjerte-bypass-patienter ikke modtage små kunstige karimplantater. I stedet skal små kar høstes fra patientens krop, så blodet kan omdirigeres. Dette er en ekstra operation, og i sidste ende kan patienten løbe tør for kar for at høste.
Multimedier
ANIMATION: Endotelceller på gel
Elberts løsning er en ny belægning til indersiden af kunstige kar. Det er primært lavet af stoffer, der findes i den menneskelige krop. Polyethylenglycol, den eneste syntetiske ingrediens, er en mangearmet polymer, der bruges i tandpasta og shampoo. Når det udsættes for blod, frastøder det næsten alle koagulationsproteiner, der forsøger at holde sig til det. Albumin, et blodprotein, er inkluderet for at binde polyethylenglycoler sammen. Polyethylenglycols arme forbinder til to biologisk aktive ingredienser. En af ingredienserne er et proteinfragment, der fungerer som velcro, der binder endotelceller, som beklæder menneskelige blodkar til den kunstige foring. Den anden bioaktive ingrediens er et enzym, der findes i blodet, og som kan fange et fedtstof eller lipid fra blodbanen og omdanne det til et lipid kaldet sphingosin-1-phosphat, der sender vækst- og overlevelsessignaler til endotelceller.
At lave sammenkogten er enkel, siger Elbert. Alle ingredienser blandes i vand og henstår natten over. Om morgenen danner de en gel.
Elbert forestiller sig, at et syntetisk transplantat foret med belægningen derefter kunne sys ind i et eksisterende blodkar. Polyethylenglycol ville frastøde de fleste koagulationsproteiner i nogen tid. I mellemtiden ville enzymet danne og frigive det lipid, der signalerer endotelceller, og tilskynde dem til at vokse på transplantatets kanter. Proteinfragmenterne ville holde cellerne på overfladen. Gelen ville frigive mere lipid, hvilket signalerede cellerne til at dele sig og kolonisere. Efter en måned eller to ville hele den indre overflade af transplantatet forhåbentlig være foret med et lag celler, siger Elbert. Cellerne udsender kemikalier for at forhindre koagulation, som de gør naturligt i kroppen.
Andre forskere bekæmper koagulationsproblemet på forskellige måder, bemærker Elbert. Mange mennesker forsøger at lave blodkar ved vævsteknologi, siger han. Vævsingeniører fjerner celler fra en patients kar, dyrker dem på et porøst rør og plejer strukturen, indtil den er stærk nok til at genimplantere. Blodpropper tilstopper ikke disse kar, fordi de er foret med endotelceller. Det virker, siger Elbert. Men at dyrke et menneskeligt blodkar i et laboratorium er langsomt og utroligt dyrt. Og karrene kan være skrøbelige - blodgennemstrømningen kan rive celler af og forårsage koagulering. Andre har prøvet at lave syntetiske kar af koagelbestandige materialer. Disse er billige og robuste. Og de modstår blodpropper i nogen tid. Men efter flere år kan de tilstoppe. Ingen af metoderne har haft fuld succes hos dyr.
I modsætning til andre alternativer, siger Elbert, ville fartøjer foret med hans teams materiale være billige, nemme, holdbare, ikke-koagulerende og ikke-immunogene. Indtil videre har hans gel bestået nogle indledende tests i laboratoriet. Endotelceller migrerer hurtigt oven på gelen. Cellerne klæber til det, selv inde i et strømningskammer, som simulerer forskydningskraften af blodgennemstrømningen.
Elbert tilføjer, at hans teams gel også kan hjælpe kroppen med at udvikle nye karnetværk. Hønseæg-membraner behandlet med det skabte nye baner af kar. Man kunne forestille sig at lægge materialet ved siden af hjertet efter et hjerteanfald, så lipidet kan diffundere ind i hjertevæggen og danne nye kar, som ville hjælpe hjertet med at overleve, siger han.
Det er alt for tidligt at vide, hvordan Elberts kar eller gel vil fungere i den menneskelige krop, advarer Robert Langer , professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab ved MIT. Mange formuleringer har set lovende ud i laboratoriet, blot for at fejle hos dyr, siger han. Nøglen er dyreforsøg, især grise.
Sikkerhed er også en bekymring, tilføjer Omolola Eniola-Adefeso , assisterende professor i kemiteknik ved University of Michigan. Hun er bekymret for, at Elberts lipid, som sender mange signaler i kroppen, kan forstyrre normale kropsprocesser.
Man skal være ekstremt forsigtig, er enig Elbert. Store mængder af lipidet kan undertrykke immunsystemet og udløse celledød. Han planlægger at bestemme, hvor meget han kan levere for at stimulere endotelceller uden at overbelaste. Forsøg vil begynde på dyr i 2007 og fortsætte i mindst fire år, siger han.
Hvad angår koagulationsproblemet, er der lige så mange ingeniører, der arbejder på det, som der er bioingeniørafdelinger over hele landet, siger Eniola-Adefeso. Indtil videre, siger hun, er Elberts den mest lovende tilgang.