Etikettarkiv: PrintKnit

Polymerimplantat kan revolutionera kirurgi

Astrid Ahlinder och Shubham Jain, två av doktoranderna i projektet PrintKnit. Foto: Johan Marklund
Astrid Ahlinder och Shubham Jain, två av doktoranderna i projektet PrintKnit. Foto: Johan Marklund

I PrintKnit, KTH, arbetar forskare i ett fält som spänner över kemi, biologi, medicin och ingenjörsvetenskap. Syftet är att ta fram implantat som kan ersätta naturlig vävnad i läkningsprocessen efter kirurgi eller trauman.

Det tvärvetenskapliga projektet PrintKnit forskar om avancerade porösa 3D-matriser, gjorda av nedbrytbara, syntetiska polymerer som kan skrivas ut vid höga temperaturer. Implantaten är tänkta att användas för att fylla ut hålrum och ojämnheter i mjukvävnaden efter skador och kirurgi, till dess att kroppens egen fettvävnad har regenererats.
Här samarbetar doktorander, post-docs och seniora forskare från en rad olika discipliner med att ta fram prototyper, som möter de höga krav som ställs på material, design och säkerhet. Astrid Ahlinder och Shubham Jain är två av projektets doktorander.

Spännande miljö
– Den tvärvetenskapliga miljön är otroligt spännande. Det är väldigt lärorikt att få arbeta med en så bred grupp, samtidigt som jag kan fördjupa mig i mitt specialområde som är tillverkning av matriserna genom 3D-printning. Exempelvis har jag lärt mig om genuttryck, något jag inte kunde tidigare, säger Astrid Ahlinder, som kom till PrintKnit 2016, efter ingenjörsexamen i medicinsk teknik på universitetet i Glasgow.
Hennes forskarkollega Shubham Jain började i projektet 2017, efter examen i bioteknologi och bioinformatik i Indien. Precis som Astrid disputerar han under våren. Hans specialområde är hur celler interagerar med material, och hur matrisers geometri påverkar celler. Också han trivs i den multidisciplinära miljön, där man tillsammans hittar lösningar genom hela processen.
– Alla delar behövs för den här typen av komplex forskning och det är väldigt stimulerande och intressant att samarbeta över gränserna. Som doktorand får man bred kunskap och blir ödmjuk inför de utmaningar som andra discipliner har. Vi arbetar ju alla med vävnadsregenerering, men kommer från helt olika håll, säger Shubham.
Både Astrid och Shubham tycker att de tack vare det tvärvetenskapliga tillvägagångssättet i PrintKnit fått ovärderlig kunskap och redskap inför sina framtida karriärer.
– Det är lätt att snöa in på sitt eget område, men som doktorand i detta projekt får man ett överbryggande perspektiv, menar Astrid. Vi lär oss att kommunicera och på djupet förstå vikten av andras arbete. Det är verkligen något som vi tar med oss.

KTH och ssf – PrintKnit

PrintKnit inkluderar samarbetspartners från olika discipliner. Anna Finne Wistrand är projektledare. Projektet är finansierat av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF. Forskarna har bildat ett företag för att tillgängliggöra sina polymerer och 3D-matriser, Akira Science AB, med bidrag från KTH Innovation.

www.kth.se/printknit
www.akirascience.com

Nedbrytbara poly­merer i kirurgi

Huvudbild: Anna Finne Wistrand och Tiziana Fuoco jobbar med forskningsprojektet PrintKnit. Foto: Johan Marklund
Anna Finne Wistrand och Tiziana Fuoco jobbar med forskningsprojektet PrintKnit. Foto: Johan Marklund

Genom att designa porösa 3D-matriser av nedbrytbara polymerer kan forskningsprojektet PrintKnit hjälpa rekonstruktiv kirurgi. Det finns ett stort behov av nya material som kirurger kan använda.

Professor Anna Finne Wistrand leder en forskargrupp vid KTH som kombinerar kemi och ingenjörskonst för att skapa medicinska hjälpmedel. Porösa 3D-matriser skapas av nedbrytbara polymerer som kan skrivas ut vid höga temperaturer. Detta banbrytande projekt får bidrag från SSF.
– När en tumör tas bort vid till exempel bröstcancer, blir det ett tomt utrymme som behöver fyllas med något. 3D-matrisen hjälper kirurgen att fylla hålrum och ojämnheter i mjukvävnaden. Vi använder ett nedbrytbart material eftersom fettvävnad regenereras efter en viss tid, då behövs inte längre den konstruktion som har opererats in. Denna typ av material har använts under lång tid för suturer och andra tillämpningar, berättar Anna Finne Wistrand.

Från monomer till polymer
Polymerkemisten Tiziana Fuoco berättar hur materialet skapas och även hur man får kroppen att acceptera det främmande föremålet:
– Vi använder kemi för att designa polymerer. Genom att skapa monomerer, det vill säga speciella utgångsmolekyler, och länka ihop dem, tillverkar vi ett material med rätt egenskaper. Materialet har många krokar så att vi kan sätta på ytterligare molekyler och skapa en yta som attraherar proteiner och celler. Genom att efterlikna kroppens egen miljö med en patenterad teknik, får vi cellerna att fästa vid matrisen och börja återskapa vävnad.
De mjuka matriserna som tål belastning skapas med hjälp av 3D-skrivare. En utmaning är att polymerer lätt förstörs när de hettas upp i 3D-skrivaren, därför är kraven höga på polymerens struktur.
– Nedbrytbara polymerer är mycket känsliga. Vi behöver vara väldigt noggranna med att utforma en matris som beter sig som vi vill under den tid den finns i kroppen, säger Tiziana Fuoco.

Skräddarsydda egenskaper
Syntetiska polymerer har många fördelar jämfört med naturliga polymerer. Det går att skräddarsy mekaniska egenskaper, nedbrytningsprofil och yta. Med sina kemikunskaper har forskargruppen lyckats designa och optimera interaktioner mellan celler och material ur olika perspektiv.
– En drivkraft för mig är att se hur framgångsrika nedbrytbara polymerer kan bli i medicinska implantat. Det finns endast ett fåtal sådana hjälpmedel på marknaden så vi behöver visa att det fungerar. Behovet av skräddarsydda material är stort, avslutar Anna Finne Wistrand.

Materialet i implantatet designas med små krokar som kroppens celler fäster vid.
Materialet i implantatet designas med små krokar som kroppens celler fäster vid.

Vad är en polymer?

En polymer är en kemisk förening bestående av många molekyler som länkas ihop och bildar många långa kedjor. Polymerer består främst av kol- och väteatomer. Polymerer är utgångspunkt för många olika material och produkter.

Naturliga, även kallade biologiska, polymerer finns naturligt i vår miljö, till exempel i träd, alger, grödor och i vävnader. Syntetiska polymerer är helt skapade i laboratoriet, oftast skräddarsydda för ett visst ändamål, som medicinska implantat.

Med syntetiskt skapade polymerer går det att kontrollera egenskaperna bättre än med naturliga polymerer. Du kan kontrollera minsta detalj hos syntetiska polymerer och de är därför att föredra när det gäller material som ska föras in i kroppen.

KTH/SSF – PrintKnit

Forskningsprojektet PrintKnit på KTH inkluderar samarbetspartners från olika discipliner. Anna Finne Wistrand är projektledare. Projektet är finansierat av Stiftelsen för strategisk forskning, SSF.
www.kth.se/printknit

Forskarna har bildat ett företag för att tillgängliggöra sina polymerer och 3D-matriser. Akira Science AB har fått bidrag från KTH Innovation.
www.akirascience.com