Artikeln har publicerats i tidningen Yliopisto 1/2024.
År 2013 bakade Marjo Yliperttula, professor i biofarmaci, julstjärnor och brände handryggen på ugnen. Lyckligtvis hade hon nanocellulosa i sitt kylskåp.
— Nanocellulosan är som en familjemedlem hos oss. Just då innehöll kylskåpet nanocellulosa bland annat i folie- och gelform.
Yliperttula sköljde och torkade den brända överhuden, gjorde ett förband av folien och fixerade det hela med sin dotters muminmönstrade tejp. Nästa dag visade hon förbandet för sin forskargrupp på en julfest.
Såret läkte fullständigt. Det här var det första inofficiella experimentet på människor när det gäller användningen av nanocellulosa inom sårvård.
— Jag tvivlade inte när jag testade nanocellulosan, eftersom våra tidigare försök på möss hade visat att den var effektiv och helt säker. Året därpå genomförde vi framgångsrika försök på människor vid HUS brännskadecentrum.
För att vara exakt återställde sig Yliperttulas hud inte helt. Hudens pigment på det läkta området, som var cirka fyra centimeter brett, förändrades så att det fick fräknar.
Förändringen kan ha berott på många faktorer. Folien var tjock och styv. Styvheten kan ha bidragit till att folien inte helt lade sig över såret eller till att det fick kontakt med luften.
— Kanske var det tjockleken som gjorde att nanocellulosan absorberade vätska från såret. Eller så kanske folien hade kontaminerats av föroreningar från kylskåpet, spekulerar Yliperttula.
I vilket fall som helst har produkten nu finslipats till max.
Såret blir inte infekterat
UPM-Kymmenes FibDex-förband är en kombination av ett traditionellt sårförband och en tunn folie av nanocellulosa. Förbandet används för att täcka hudtransplanterade områden, till exempel hos brännskade- och plastikkirurgipatienter.
Nanocellulosan binder vatten på sin yta på ett mycket effektivt sätt. På så sätt bildar den en skyddande hinna som förhindrar att fukt avdunstar från såret. Fukten gör att kroppens tillväxt- och inflammationsproteiner kan jobba i lugn och ro: det vill säga instruera kroppen att bilda ny hud och kärlvävnad.
Såret läker i skydd av nanocellulosan, och när ny hud bildas avlägsnar den sig ur såret med hjälp av vattenhinnan. Detta är en stor fördel med förband som innehåller nanocellulosa. När andra liknande produkter används, fastnar frisk hud på den skyddande hinnan. När hinnan avlägsnas följer litet av huden med.
Under förband av nanocellulosa kommer såren inte åt att infekteras. Det är ännu inte känt vad fenomenet beror på. Förbandet kan vara sterilt, det vill säga ytterst rent. Alternativt kan antibakteriella molekyler från trädens immunförsvar ha följt med i cellulosan, och de kan sedan också främja människans immunförsvar.
UPM köpte patenten
Idén att studera nanocellulosa föddes 2006, när Yliperttula fick kännedom om ämnets elektriska ledningsförmåga. Hon frågade sig om materialet också skulle kunna användas inom biofarmaci.
De vilda idéerna väckte finansiärernas intresse, och UPM bidrog till forskningen genom att tillhandahålla nanocellulosa. Vid den punkten var det inte möjligt att köpa materialet, som även idag är rätt dyrt.
Först använde Yliperttula nanocellulosan för att utveckla implantat som doserar läkemedel. Genom att ändra nanocellulosans styvhet — mängden vatten — kan man påverka hur fort läkemedel löses upp från ett implantat i kroppen.
Därefter utvecklade Yliperttula odlingsmedier för cellerna. Nanocellulosans styvhet kan användas för att reglera vilka celler som kan växa i den.
Från cellerna gick gruppen vidare till att odla minivävnad. Fördelen med nanocellulosa som odlingsmedium var att vävnaderna lätt kunde avlägsnas från den. De behövde inte rivas bort som från många andra odlingsmedier.
UPM köpte patenterna av Helsingfors universitet i början av 2010-talet. Yliperttula vill inte uppge köpesumman, men pengarna gjorde det möjligt för hennes grupp att bedriva forskning ostört i fem års tid. Numera tillverkar UPM nanocellulosahydrogel bland annat vid sina fabriker i Villmanstrand.
Osexig men viktig
Sammantaget har Yliperttulas forskning om användningen av nanocellulosa i biofarmaceutiska produkter resulterat i 11 doktorsavhandlingar och nästan 100 internationella vetenskapliga publikationer. Yliperttula är uppfinnare till ett dussin patent, som har lett till över 180 internationella patent eller patentansökningar.
Gruppen publicerade åter en ny publikation på hösten. Där hade forskarna applicerat nanocellulosahydrogel som innehöll blodkomponenter i ett djupt sår. Blodkomponenterna hjälpte blodkärlen att reparera sig själva, och när såret hade läkts avlägsnade sig hydrogelen ur såret.
— Detta kan underlätta behandlingen av djupa liggsår. Sårvård är ett viktigt men mycket osexigt forskningsområde, så det måste studeras vid universitet.
Kalltorkning som hjälp
När vattnet avlägsnas helt från nanocellulosa omvandlas det till nanocellulosapulver. Pulvret kan "väckas till liv" genom att tillsätta vatten i det. Nanocellulosapulvrets låga vikt kan i framtiden underlätta medicinsk vård och första hjälpen, särskilt vid transport till krisområden runt om i världen.
Yliperttula tänker redan på nästa steg. Läkemedel, celler eller vävnader skulle kunna kalltorkas till pulver inne i nanocellulosa. Pulvret håller sig i rumstemperatur.
Vattnet sublimineras vid kalltorkning, det vill säga att det byter tillstånd från is till ånga. Metoden bevarar nanocellulosans struktur kring läkemedlen, cellerna eller vävnaderna.
— Vi har redan lyckats med att kalltorka vävnadsvätskor från fettvävnad inuti nanocellulosa och väcka dem till liv igen. Varför skulle vi inte kunna göra det samma med celler?
Tidningen Yliopisto är en vetenskapstidskrift vid Helsingfors universitet som följer journalistreglerna.
Cellulosa är en lång och stark kolhydrat, den viktigaste byggstenen i växternas cellväggar. Cellulosamolekylerna flätas samman och bildar cellulosafibrer. Närapå hälften av trä består av cellulosa.
Cellulosa är en massa som huvudsakligen består av cellulosafibrer och vatten. I massafabriker separeras vattnet från veden genom kokning och kemisk behandling.
Nanocellulosa är en blandning av vatten och cellulosa där cellulosamolekylerna inte är sammanflätade utan ligger skilt för sig. Tjockleken på en enskild fiber är densamma som tjockleken på en molekyl, bara 4–7 nanometer. Längden varierar och ligger vanligtvis kring några hundra nanometer.
Nanocellulosans beståndsdelar är nästan desamma som i cellulosa, men egenskaperna är olika. Allt handlar om matematik. När till exempel radien på en sfär blir större, ökar sfärens yta i andra potens, medan volymen ökar i tredje potens. Ju mindre ett objekt är, desto större är dess ytarea i förhållande till dess storlek.
Nanocellulosans fibrer är endast en molekyl tjocka, och därmed är deras relativa ytarea stor. Detta förklarar den vattenbindande förmågan hos nanocellulosa. En femtedel av cellulosamolekylens yta utgörs av en fri hydroxylgrupp (-OH), som lätt binder vattenmolekyler till sig.
När nanocellulosa endast består av enstaka molekyler har den en stor vattenbindande yta.