Myke plastbrikker kan berge helsa di

VÆSKESTRØMNINGER: Den ene jobber med diagnostisering av sykdommer. Den andre jobber med antibiotikaresistens i bakterier og å reparere kompliserte beinbrudd ved hjelp av en substans fremstilt fra alger.

Tilsynelatende er dette to ulike fagfelt. Men forskningen deres krysser hverandre og de samarbeider tett.

Doktorstipendiatene Jonas Myren Ribe og Armend Gazmeno Håti skal disputere med to ukers mellomrom i august neste år.

Til alt overmål er begge tilknyttet Institutt for fysikk ved NTNU, ikke medisin, og er en drøm for dem som snakker seg hese om samarbeid på tvers av faggrenser.

– Dette gir oss muligheter som forskere bare kunne drømme om for noen tiår siden, påpeker de to.

Brikkene er for et utrent øye noen gjennomsiktige plastdingser med hull og linjer i, men anvendelsesområdet er stort. Foto: Geir Mogen, NTNU

Samarbeidet

Utgangspunktet for forskningen deres er væskestrømninger i tynne rør.

Samarbeidet går ut på å finne en metode for å kontrollere disse væskestrømningene. Sammen fremstiller de to derfor plastbrikker i NTNU NanoLab som kan brukes til nettopp det.

Brikkene er for et utrent øye noen gjennomsiktige plastdingser med hull og linjer i. Fremstillingsmetoden kalles «myk litografi» og gjør det mulig å lage prototyper på rekordtid. Utgangspunktet er støpeformer laget på silisium ved å skinne UV-lys gjennom masker med mikrostrukturer som de selv designer.

Metoden har vært mye brukt for å lage strukturer der du er avhengig av å være presis helt ned på mikro- og nanoskala, og det er nettopp disse skalaene Ribe og Håti jobber på.

De ferdige brikkene kan altså virke som en plattform for å kontrollere strømninger av væskene de ønsker å undersøke med høy presisjon.

Brikkene ser kanskje ikke videre imponerende ut, men anvendelsesområdet er det ikke noe å si på. Ribes og Håtis forskningsfelt er bare to av mange muligheter.

Les også: Store oppdagelser om små partikler

Verdifulle søppelsekker

De ferdige brikkene kan integreres med ultralyd for å kontrollere bevegelsen til partikler i væskestrømninger med høy presisjon.

Ribe jakter på naturlige nanopartikler som kalles «eksosomer» for å avsløre tilstanden til cellene våre. Han håper sluttresultatet blir at kreftdiagnostisering blir enklere og raskere.

Eksosomer tilhører en gruppe biologiske enheter vi kaller «vesikler». De er små bobler som er med på transporten av flere ulike stoffer inn og ut av cellene. Tidligere trodde forskerne at eksosomene var en type søppelsekker som transporterte avfall ut av cellene, men det er nok langt mer komplisert enn som så.

– Nå vet vi at eksosomene inneholder mye informasjon. Det gjelder bare å vite hva vi skal se etter, sier Ribe.

Informasjonen finnes i korte biter av uttrykt arvestoff, eller RNA-sekvenser som transporteres i eksosomene. Målet er å kunne analysere disse RNA-sekvensene ved hjelp av eksisterende teknologi og bruke den informasjonen til å diagnostisere sykdom fra en enkel blodprøve på kort tid.

Ved hjelp av mikrobrikkene de fremstiller selv, er Ribe og andre forskere i stand til å filtrere ut partikler som eksosomer direkte fra biologiske væsker. I mikrobrikkene integrerer Ribe elektronikk for å kunne sortere ved bruk av ultralyd. Lydbølgene kan også brukes til å stikke hull på eksosomene og gjøre klart for å analysere RNA-sekvensene inne i dem.

Et hovedpoeng for de to er at dette skal gi utstyr som kan brukes hvor som helst i verden, og der en enkel blod eller urinprøve kan gi svar på sykdomsforhold hos en pasient.

Les også: Leire kan brukes i karbonfangst

Dyrker bein ved hjelp av alger

Nå er det Håti som har fått det meste av oppmerksomheten i det siste. Han vant den lokale finalen i Forsker Grand Prix i Trondheim, og kom hårfint bak den nasjonale vinneren.

Den samme plastteknologien har Håti brukt med motsatt innfallsvinkel – der Ribe forsøker å fange kuler, jobber Håti med å lage kuler.

Brikkene gjør det mulig å være presis helt ned på mikro- og nanoskala, og det er nettopp disse skalaene Jonas Myren Ribe og Armend Håti jobber på. Foto: Geir Mogen, NTNU

– Jeg kapsler inn benceller og bakterier i mikrokuler laget av alger, sier Håti.

Ved hjelp av brikken kan væskestrømmer styres slik at cellene omgis av alginat som fremstilles fra nettopp alger og brytes opp til små celle-fylte alginatkuler. Alginat er spesielt egnet til medisinske formål siden det normalt er kompatibelt med biologiske system, slik som benceller eller bakterier.

Disse myke alginatkulene har av andre med suksess vært brukt til å kapsle inn insulinproduserende celler til bruk i behandling av diabetes.

Håtis mål, i samarbeid med forskningsgruppen til Pawel Sikorski, er at denne teknologien i framtida kan erstatte implantater som brukes i dag. Konseptet går ut på å innkapsle benceller i alginat og dirigere cellene til å bygge levende knokler.

Forsker på antibiotikaresistens

Men plattformen Håti jobber med, har også stort potensiale i kampen mot antibiotikaresistente bakterier. Sammen med stipendiat Nina Arnfinnsdottir bruker han de samme alginatkulene til å se på hvordan enkeltbakterier overlever ulike antibiotikabehandlinger.

– I en brikke kan vi potensielt kjøre tusenvis av eksperimenter i parallell – et i hver alginatkule, sier Håti.

Veiledet av Bjørn Torger Stokke planlegger Ribe og Håti å kombinere teknologiene de utvikler for å kunne lage alginatkuler med celler for så å sortere dem basert på innhold i en og samme brikke.

Nå understreker begge at de bedriver grunnforskning. Foreløpig virker det i laboratoriet, men det er altså et lite stykke frem til både diagnostisering av sykdommer og heling av brukne knokler.