Ny bioprinter heler kroniske sår

Åbne sår er skyld i halvdelen af alle benamputationer og kan være livsfarlige. Der­for har forskere nu udviklet en printer, hvor blækket er patientens eg­ne celler. De første forsøg viser, at printeren heler sår, der før var umulige at lukke.

Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM)

Den amerikanske skuespiller Christopher Reeve blev i 1980’erne verdenskendt i rollen som filmhelten Superman, der reddede kloden fra utallige skurke, men i virkelighedens verden kom skuespilleren bag heltekarakteren til at kæmpe en helt anden kamp.

En tragisk rideulykke i 1995 gjorde Christopher Reeve lam fra nakken og ned og bandt ham til en kørestol og seng 24 timer i døgnet.

Lammelsen medførte, at han udviklede enorme liggesår på de områder af kroppen, der konstant hvilede på et underlag, fordi trykket fra kropsvægten blokerede de små blodkar i huden og skabte dødt hudvæv.

Den 10. oktober 2004 kunne Christopher Reeves krop ikke holde til mere. Bakterierne, der bevægede sig ind i kroppen gennem de åbne liggesår, havde inficeret blodet og spredt sig til de indre organer gennem blodbanerne.

Lægerne forsøgte at bekæmpe infektionen med antibiotika, men uden held. Til sidst stoppede skuespillerens hjerte med at slå.

Under en tragisk rideulykke i 1995 fik skuespilleren Christopher Reeve et brud på rygsøjlen, som gjorde ham lam fra halsen og ned.

© Wikimedia Commons

Og Christopher Reeve er langtfra den eneste, der har oplevet de alvorlige konsekvenser af kroniske sår. Ifølge en undersøgelse fra det videnskabelige tidsskrift Wound Repair and Regeneration lider syv millioner mennesker af blivende sår i USA alene.

Og hele 28 procent af patienterne dør typisk inden for to år på grund af de sygdomme og komplikationer, der kan følge med.

Patienter med åbne sår anslås desuden at stå for hele seks procent af de samlede udgifter i sygehusvæsenet i ilandene, hvilket svarer til en årlig omkostning på 330 milliarder kroner.

Men takket være forskere fra Wake Forest Institute for Regenerative Medicine i USA kan der snart være hjælp forude.

Forskerne har nemlig udviklet en ny bioprinter, der som den første af sin slags kan udskrive to lag hudceller direkte på patientens sår ved hospitalssengen.

Og tempoet kan få altafgørende betydning for hurtig og effektiv heling i fremtiden – og i sidste ende blive forskellen mellem liv og død.

Bioprinterens dyser bevæger sig i systematiske baner hen over såret og afgiver to forskellige hudceller afhængigt af sårets dybde.

© Mohammed Albanna et al./Nature

Kroppens værn holder fjender ude

Huden er livsvigtig, fordi den som en naturlig rustning forhindrer virus, bakterier, kulde, varme og andre ydre trusler i at trænge ind til blodbanerne og kroppens andre organer.

Går der hul på et eller flere af hudens lag, er kroppen derfor i fare. Men til forskel fra næsten alle andre organer har huden en enestående evne til at reparere sig selv.

Reparationen sættes i gang af immunforsvarets forskellige hvide blodlegemer, der ankommer til sårområdet gennem blodbanerne i løbet af få timer og udskiller en række stoffer, som fremmer sårhelingen.

Men hos millioner af mennesker verden over fungerer hudens egen værktøjskasse ikke hurtigt eller effektivt nok til at reparere selv overfladiske sår.

Med alderen kan evnen til at hele sår forringes. Det skyldes bl.a., at blodtilførslen svækkes, så huden både bliver mindre slidstærk og i sidste ende får vanskeligere ved at hele.

Opgørelser viser, at én ud af 100 mænd og kvinder over 65 år lider af kroniske sår – det er fire gange flere end hos den yngre del af befolkningen.

Men langt den største gruppe af kroniske sårpatienter findes hos patienter med sukkersyge, som på grund af bl.a. tabt følesans og dårligt kredsløb er særlig udsatte.

Sukkersyge er skyld i halvdelen af alle benamputationer

Selvom årsagerne til kroniske sår er mange og forskellige, er sygdommen diabetes én af de helt store syndere. Hvert 30. sekund sker der globalt set en amputation som følge af sukkersygesår. Og undersøgelser viser, at åbne sår fremprovokeret af diabetes er skyld i mellem 50 og 70 procent af alle ben- og fodamputationer. Én af grundene er, at sygdommen kan medføre en betændelsestilstand i nerverne, som resulterer i et helt eller delvist tab af følesansen, hvilket i sig selv øger risikoen for skader. En anden årsag er, at diabetes ofte forringer kredsløbet i kroppen, og det hæmmer sårhelingen. Det dårlige kredsløb betyder, at immunforsvarets hvide blodlegemer, som bl.a. stimulerer helingen ved at udskille særlige vækstfaktorer, ankommer langsommere til sårområdet.

  • Sår hos rask person

    Immunforsvarets hvide blodlegemer ankommer til sårområdet i løbet af få timer og udskiller særlige stoffer, såkaldte vækstfaktorer, som fremmer helingen.

  • Sår hos person med sukkersyge

    Dårligere kredsløb betyder, at de hvide blodlegemer ankommer langsommere til sårområdet og i et mindre antal. Dermed udskilles færre vækstfaktorer og helingen hæmmes.

Undersøgelser viser fx, at åbne sår fremprovokeret af diabetes er skyld i mellem 50 og 70 procent af alle ben- og fodamputationer.

En stor del af dem kan forhåbentlig undgås ved hjælp af den nye bioprinter. Printeren fylder så lidt, at den kan stå ved siden af hospitalssengen.

Og det er vigtigt, da hurtig behandling, hvor patienterne ikke skal flyttes fra det ene sted til det andet, er afgørende for, at der ikke opstår infektioner og øgede mængder arvæv efterfølgende.

Skanner kortlægger såret

Den nye bioprinter fungerer ved, at fors­ker­ne først laver en 3D-skanning af hele såret med en håndholdt laser. Skanningen giver forskerne en slags tredimensionelt kort over sårets forhøjninger og dale, som de kan bruge til at navigere printerdyserne med.

Bagefter skærer forskerne et lille stykke af patientens raske hud og isolerer de såkaldte hornceller, som primært udgør hudens yderste lag, overhuden. Herefter isoleres fibroblastcellerne, der primært udgør hudens mellemste lag, læderhuden.

En håndholdt 3D-skanner gør det muligt at lave en præcis kortlægning af såret.

© Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM)

De to forskellige celletyper får bagefter lov at vokse og formere sig i en petriskål beklædt med bl.a. aminosyrer, vitaminer og hormoner – et såkaldt vækstmedium.

Og til sidst blander forskerne de to typer celler med en særlig vandopløselig lim, der udgør det såkaldte bioblæk, som printes direkte på såret.

Forskerne fra Wake Forest Institute for Regenerative Medicine arbejder lige nu på at få godkendt kliniske forsøg på mennesker, men har indtil videre kun testet bioprinteren på mus og grise – med gode resultater.

Tre uger efter behandlingen med printeren var sårene i forsøget erstattet med et fint lag af hud, hvilket er to uger hurtigere end helingstiden for traditionelle hudtransplantationer.

Laser måler såret

Ved hjælp af 3D-skanningen af såret kan forskerne måle sårets præcise dybde, bredde og omfang. Målene bruges til at styre dysernes baner hen over såret.

En anden fordel ved bioprinteren er, at hudcellerne er patientens egne. Ved store og svære sår, hvor der er brug for donorhud, er det en risiko, at kroppens immunforsvar opfatter den transplanterede hud som et fremmedlegeme og frastøder den.

Derfor skal patienter, der får foretaget store hudtransplantationer, indtage immundæmpende medicin. Men det behøver patienter behandlet med bioprinteren ikke at bekymre sig om. Samtidig undgår de også at skulle vente på en eventuel donor.

Og ambitionerne stopper ikke ved behandlingen af åbne sår. Hos Wake Forest Institute for Regenerative Medicine arbejder mere end 300 forskere lige nu på at udvikle og afprøve bioprinterne, så det i fremtiden måske også bliver muligt at udskrive funktionelle hjerter, nyrer og andre organer direkte fra printeren.

Patientens egne celler forvandles til printerblæk

Detaljerede 3D-skanninger, printerblæk lavet af forskellige hudceller og dyser, der programmeres til at følge sårets særlige struktur – den nye bioprinter kan lukke sår, der tidligere krævede donorhud, og fremskynde helingen med flere uger.

Forskere isolerer to forskellige celler

Forskerne skærer et stykke af patientens raske hud og bruger vævsprøven til at isolere de såkaldte horn- og fibroblastceller, som udgør hhv. hudens yderste og midterste lag.

Hudceller bader i vækstcocktail

Herefter placerer forskerne cellerne i en petriskål sammen med en stærk vækstcocktail af bl.a. hormoner og aminosyrer, der får cellerne til at vokse og dele sig.

Celler blandes med vandopløselig lim

Forskerne blander hudcellerne med en særlig vandopløselig lim kaldet en hydrogel. Hydrogelen er et biologisk nedbrydeligt materiale, der klistrer cellerne sammen og skaber et slags molekylært stillads, hvor cellerne kan vokse og formere sig. Hydrogelen og cellerne danner tilsammen det såkaldte bioblæk, der hældes op i dyserne.

Dyser printer celler i to lag

Ved hjælp af data fra en detaljeret 3D-skanning af såret kan printerens dyser placere bioblækket, så det passer præcist ind i sårets struktur. Hudens midterste lag, læderhuden, udfyldes med fibroblastcellerne, mens hudens yderste lag, overhuden, udfyldes med horncellerne. Cellerne bliver i hydrogelen, til de vokser sammen med vævet omkring såret.

Læs også:

Tandlæge laver fyldning i tand
Medicinsk teknologi

Gel kan reparere dine tænder – helt smertefrit

2 minutter
Kroppen

Din hud er fuld af sved, skæl og mider

2 minutter
Kræft

Kræftvåben vokser på din hud

1 minut

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!