Läkemedel som belastar både kroppen och miljön mindre – träbaserad nanocellulosa kan snart användas för medicinska behandlingar
Den miljövänliga och giftfria nanocellulosan är kompatibel med människokroppen och kan därför få flera medicinska tillämpningar.

Hur skulle det låta med en sårvårdsprodukt skräddarsydd just för dig? Eller om man i samband med operationer kunde ge patienten riktad cellterapi med hjälp av den kirurgiska tråden? Detta kan vara möjligt redan inom den närmaste framtiden.

Marjo Yliperttulas forskningsgrupp vid Helsingfors universitet har redan i över tio år undersökt hur nanocellulosa lämpar sig för cellodling och läkemedelsbehandling.

 – Individuell läkemedelsbehandling är en växande trend, och medicinska tillämpningar av nanocellulosa kunde svara på detta behov, säger forskare och universitetslärare Patrick Laurén som hör till forskningsgruppen. Han fördjupade sig i ämnet i sin doktorsavhandling ”Biomedical applications of nanofibrillar cellulose” 

Varifrån får vi nanocellulosa och vad kan vi göra med den?

Nanocellulosa är pyttesmå fibrer som kan tillverkas antingen av trä eller syntetiskt med hjälp av bakterier. Obehandlad nanocellulosa påminner till konsistensen om äppelsylt. Det som är intressant med materialet är att dess struktur kan bearbetas, vilket möjliggör tillämpningar för olika ändamål. 

Nanocellulosa används redan i kosmetik, t.ex. rengöringsprodukter, samt i målfärger och biobränsle. Tillämpningar i livsmedelsförpackningar har undersökts vid Helsingfors universitet, och förpackningsmaterial som innehåller nanocellulosa finns redan i bruk. 

För farmaceutiskt och biomedicinskt bruk lämpar sig nanocellulosan väl på grund av att den inte härstammar från varken människor eller djur, utan från växter. Växtbaserat material saknar de proteinstrukturer som till exempel får människokroppen att stöta bort ett vävnadstransplantat från en annan människa.

Ett giftfritt och miljövänligt material

För att ett biomaterial ska kunna tas i medicinskt bruk krävs vissa egenskaper av materialet. Utöver att det måste vara kompatibelt med kroppens vävnader och immunsystemet inte får attackera det, måste det också vara giftfritt. 

När nanomaterial används i produkter som är i direkt eller indirekt kontakt med människan vill forskarna vara säkra på att de inte orsakar någon form av förgiftning, så kallad nanotoxicitet, i människokroppen.

– På cellnivå kan material som är mycket små påverka kroppen på oförutsedda sätt, säger Patrick Laurén.

Enligt Laurén blev forskarna överraskade när experiment visade att nanocellulosa inte är det minsta giftigt för cellerna. Frågan undersöktes bland annat genom att låta leverceller, epitelvävnad från ett öga och stamceller växa i en nanocellulosagel som forskarna hade utvecklat. Alla celler växte normalt och hade rätt form och funktion. 

En annan faktor som talar för bruket av nanocellulosa i vård av människor är att nanocellulosa kan tillverkas av alla träd och växter i världen. Och bäst av allt: nanocellulosa är ett miljövänligt material som förmultnar och sönderfaller i naturen. 

Allt började med hydrogel

Forskarna i Yliperttulas grupp har specialiserat sig på nanocellulosatillämpningar tillverkade av trämassa. Ett viktigt steg för forskningen skedde 2007, när gruppen fick idén att prova cellodling i en gel av nanocellulosa. När nanocellulosa bearbetas tillräckligt blir det ett gelaktigt material, en så kallad hydrogel, som till största delen består av vatten och fibernät.

Hydrogel tillverkad av nanocellulosa har visat sig vara en betydande innovation till exempel för läkemedelsprövningar. Gelen är optimal för att odla celler i: de flyter i gelen som i sin naturliga miljö och tar sin naturliga, tredimensionella form när de växer. Levercellerna börjar också naturligt bilda gallgångar, strukturer som påminner om vilka fysiologiska funktioner levern har. 

Detta är väsentligt när man vill testa huruvida ett läkemedel är giftigt för kroppen. När en människa tar en tablett transporteras läkemedlet först till levern för att bearbetas, så det är levern som belastas mest. Målet är att kunna tillverka läkemedel som belastar levern så lite som möjligt.

– Eftersom nanocellulosagelen gör det möjligt att odla celler som är mycket lika kroppens celler, är resultaten av läkemedelsprövningar också mer pålitliga. Det är nu lättare att se om ett läkemedel är giftigt för levern. Om vi lyckas vidareutveckla metoden kan vi i framtiden förhoppningsvis minska mängden djurförsök, berättar Laurén. 

År 2010 patenterade UPM hydrogeluppfinningen med produktnamnet GrowDex och fortsätter vidareutveckla den.

Vad händer när nanocellulosa introduceras i människokroppen?

Under de senaste åren har forskarna utrett bland annat om man kan tillverka implantat av nanocellulosa. För sin doktorsavhandling 2018 undersökte Patrick Laurén ett implantat av nanogel som injiceras i kroppen och frigör ett läkemedel.

Lauréns undersökning visade att gelimplantatet varken spred sig i underhudsvävnaden eller började falla sönder. Det är viktigt för behandlingen att det inte sker okontrollerbara förändringar i implantatet, eftersom det kan påverka implantatets egenskaper när det gäller att frigöra läkemedlet. 

Enligt Laurén skulle det vara mest lockande om man fick implantatet att falla sönder av sig själv när det doserat läkemedlet, eftersom det inte är meningen att det ska lämnas i kroppen. Människokroppen kan inte bryta ner nanocellulosa, så följande steg i forskningen skulle vara att utveckla nanocellulosa som faller sönder självmant. Om nanocellulosa föll sönder i kroppen skulle det nästan uteslutande forma glukos (socker). 

– Gelen kan användas för att transportera såväl läkemedel som celler, eftersom gelen skyddar cellerna. I cellterapi kunde gelen potentiellt användas som ett transportmedel, säger Laurén. 

Laurén har också forskat i om nanocellulosa kunde användas i kirurgisk tråd. I sina experiment kombinerade han nanocellulosa med andra material, till exempel alginat (en naturpolymer från alger).

Den kirurgiska tråden fick ett gelöverdrag gjort av nanocellulosa-alginatblandning, och i överdraget placerades sjukdomsbehandlande celler. Idén är att man med hjälp av den överdragna tråden ska kunna kombinera kirurgiska ingrepp och cellterapi. Till exempel i en tarmoperation för Crohns sjukdom skulle den kirurgiska tråden transportera de behandlande cellerna till rätt plats. Alginat faller sönder av sig själv och hydrogelen lämnar med tiden kroppen via tarmen, så ingen gel skulle bli kvar. 

Den konkreta utvecklingen av behandlingen är ännu på tankenivå. Det beror på att till exempel överdrag för kirurgiska trådar i det här skedet måste göras manuellt. Enligt Laurén skulle det behövas en metod för att snabbt, upprepbart och kostnadseffektivt kunna producera gelöverdrag av jämn kvalitet. 

Skulle vi kunna skriva ut en lever av rätt storlek?

Det är möjligt att nanocellulosa kommer att kunna användas även i 3D-skrivare. Följande fråga Yliperttulas forskningsgrupp vill reda ut är hur materialet kan användas som ett så kallat biobläck för att skriva ut strukturer för kroppen med en 3D-skrivare. Skulle det någon gång i framtiden till exempel vara möjligt att skriva ut en hel lever av biobläck? Den här typen av forskning om träbaserad nanocellulosa är ännu i startgroparna. 

– Bioutskrifter är en växande bransch, och vi hoppas att vi i ett uppkommande projekt noggrant kan definiera gelens struktur och egenskaper. Syftet är att testa hur väl nanocellulosa fungerar som biobläck och också undersöka möjligheten att producera till exempel skräddarsydda sårvårdsprodukter beroende på sårets typ, säger Laurén.

– Som biomaterial har nanocellulosa funnits framför ögonen på oss hela tiden – i Finland får vi inte slut på den. Men vi behöver mer grundforskning, och kommer att fortsätta med det, sammanfattar Laurén. 

Biomaterial användes redan för 3 000 år sedan

Nanocellulosa är ett biomaterial, dvs. ett material som är kompatibelt med människokroppen. Att använda biomaterial vid behandling av människor är inget nytt. År 2000 hittade man en kvinnlig mumie i Egypten. Hon hade en anatomiskt korrekt formad och fäst tåprotes av trä som gjorde det möjligt för henne att använda sandaler. Mumien är 3 000 år gammal, så protesen kan kallas världens äldsta biomedicinska apparat.