Tekst: Hanne Scholz, leder ORMeC, senior forsker, Klinikk for kreft, kirurgi og transplantasjon, forskningsgruppen Cell Transplantation and Tissue Engineering /Experimental Cell Transplantation, Oslo Universitetssykehus.

Innen mange områder av medisinsk behandling gjøres det forskning og terapi som kan klassifiseres som regenerativ medisin, så hvorfor nevne dette som en nyvinnende og innovativ løsning på morgendagens medisinske utfordringer? Svaret er at man nå samler den banebrytende nye biomedisinske teknologien med elementer som nanoteknologi, 3D bioprinting, celleterapi, immunterapi, biomaterialeutvikling. Tilsammen skal denne teknologien reparere og bygge opp igjen skadet vev og celler, eller til og med hele organer.

Oslo Regenerative Medicine Cluster (ORMeC)

ORMeC ble etablert i 2013/2014 med det formål å samle forskningsgrupper som jobber innen avansert celleterapi, biomaterialteknologi, stamcellebiologi, 3D (bio) printing, cellesignalering, for i samråd med kliniske miljøer å kunne utnytte hverandres kompetanse for å bedre sykdomsforståelse, og reparere sykt vev eller erstatte tap av celler i kroppen, samt å etablere nye legemidler og behandlingsmodaliteter mot forskjellige sykdommer. Prosjektet har fått støtte fra OUS som ett av 6 fokuserte forskningsområder i perioden 2014-2018.

La oss ta et eksempel på en tilstand

Diabetes er en sykdom som globalt rammer mange millioner mennesker. Vi vet fra tall presentert av WHO at 1.6 millioner mennesker døde av sykdommen i 2015, og at det er forventet at 400 millioner flere vil utvikle diabetes innen 2030. Diabetes er en meget alvorlig kronisk sykdom med alvorlige komplikasjoner som nyresvikt, ischemisk hjertesykdom, hjerneslag, amputasjoner, blindhet, og markant tidligere død en i befolkningen ellers.

Vår forskning har fokusert på å etablere en behandling for dem med insulinavhengige diabetes (type 1) som tar sikte på å gjøre dem friske. Pasienter med type 1 diabetes trenger livslang behandling med tilførsel av insulin fordi kroppen selv har ødelagt deres insulinproduserende betaceller. Vi har over tid vært en del av utviklingen av et revolusjonerende klinisk behandlingsalternativ der vi erstatter de tapte insulinproduserende betacellene hos en type 1 diabetikere med friske betaceller isolert fra pankreas fra avdøde givere (se stipendiat Shadab Abadpour´s illustrasjon (figur 1).

• Les også: Celletransplantasjon gir nytt håp for diabeteskur

Imidlertid har vi ikke tilgang på nok donororganer til å kunne behandle alle med diabetes. Dagens behandling har også ulemper ved at pasienten må benytte immundempende medikamenter livet ut for å hinder avstøtning av de transplanterte cellene. Behandlingen tilbys derfor kun til noen få pasienter med den alvorligste og svært vanskelig regulerbare varianten av type 1 diabetes. Vi tror det skal bli oppnåelig å nå målet om en behandling til alle pasienter med diabetes ved bruk av spydspissteknologi innen regenerativ medisin (Schuetz et al., 2017).

På jakt etter ”supercellen”

Valg av korrekt celletype for bruk innen reparasjon eller oppbygging av vev (tissue engineering) er viktig og avgjørende for resultatet. Den ideelle celletype bør kunne relativt enkelt ekspanderes til et stort antall (for å få nok celler), ikke reagere med immunapparatet i vertskroppen (så de ikke avstøtes), og samtidig kunne utrykke samme gener og proteiner (opprettholde funksjonen) som det vev som skal erstattes eller repareres. Man leter kontinuerlig etter denne ”supercellen”. De beste kandidatene er stamceller, som kan inndeles i embryonale stamceller (ES) og induserte pluripotente stamceller (iPS). Dette er celler som kan gi opphav til samtlige celletyper i kroppen.

Nobelprisen i fysiologi og medisin gikk i 2012 til Sir John Gurdon og Shinya Yamanaka for deres oppdagelse av at kroppens spesialiserte celler kan programmeres til å gå tilbake til å bli uspesialiserte stamceller. Dermed har man potensielt en ubegrenset kilde for enhver celletype man har behov for innen regenerativ medisin. Yamanaka har tatt denne forskningen videre og foreleste nylig om muligheter og begrensninger ved bruk av iPS-teknologien innen medisin på UiO i regi av ”Nobel Prize Inspiration Initiative”.

Den første kliniske studien i verden med bruk av iPS-celler pågår for tiden i Kobe, Japan under ledelse av Masayo Takahashi for å behandle øyesykdommen maculadegenerasjon, en sykdom som fører til blindhet og rammer over 200 millioner mennesker verden over.

Innen diabetesforskningen har firmaet ViaCyte i San Diego, USA startet den første kliniske studien med bruk av ES-celler programmert til å bli insulinproduserende beta celler som via en liten enhet blir transplantert inn under huden til pasienter med type 1 diabetes.

Målet er å kunne kurere pasienter for diabetes uten bruk av immundempende medikamenter. Klarer man dette vil det gi store helsegevinster, og kunne redusere de alvorlige akutte hendelsene og de kroniske senkomplikasjonene hos de mange med diabetes.

Det er imidlertid fortsatt mange utfordringer å ta hensyn til som kostnader, bivirkninger, regulatoriske forhold og etiske vurderinger ved bruk av både ES og iPS celler innen regenerativ medisin. Vi har et nasjonalt senter for stamcelleforskning som bidrar til å gi oss mulighet til å være med i denne utviklingen for bruk av stamceller i fremtidens medisin.

Bioprinting og tissue engineering

Vil vi være i stand til å utføre tredimensjonal bioprinting av hele organer?

Det høres ut som science fiction, men selv om vi ikke har behandlet pasienter med denne teknologien, har forskere 3D bioprintet brusk, ben, hud, ører, blodkar, muskler og vevsbiter av lever, nyre, hjerte for å nevne noe. Prinsippet er relativt enkelt.

Data fra CT eller MR skanning benyttes til å lage en 3D modell i form av en identisk 3D struktur bestående av et vevsvennlig biomateriale. De ønskede stamcellene høstes og printes lagvis i 3D strukturen for å danne det ønskede vevet eller organet. 3D bioprinting har dermed et potensial for å løse problemer med mangel av organer til transplantasjon. Det står i dag over 400 pasienter i Norge på venteliste for nye organer.

Så tilbake til tilstanden diabetes

I samarbeid med professor Paul Gatenholm ved Chalmers tekniska høgskole i Gøteborg og firmaet ”Cellheal” (støttet av innovasjon Norge), har vi startet et prosjekt der vi ønsker å 3D bioprinte strukturer inneholdende humane insulinproduserende øyer og stamceller for å bedre transplantasjon til diabetikere. Vi ønsker å lage vevsvennlige implantat (rammeverk) inneholdende insulinproduserende øyer sammen med støtteceller (stamceller høstet og ekspandert fra pasientens eget fettvev) som kan legges inn i kroppen på egnede steder. Vi tror at slike små enheter kan bidra til et mikromiljø for bedret overlevelse av øycellene også etter transplantasjon. Som ved all forskning er det utfordringer knyttet til denne teknologien som kostnader, oppskalering av antall celler, egenskaper ved biomaterialet, diffusjon av insulin og glukose gjennom enheten, for å nevne noe.

Organ-on-chip

Et annet applikasjonsområde er å benytte 3D teknologi til å danne ”organoider” eller miniatyrorganer, laget utenfor kroppen som kobles til biosensorer via nanoteknologi med hensikt å kunne etterligne fullverdig organfunksjon. Vi tror dette kan bli et nytt og kraftig verktøy til bruk innen forskning av organfunksjon.

Vi er med i et nytt stort forskningsprosjekt ”Organ-on-a chip” ledet av Stefan Krauss (UiO/OUS) som fikk status ”Senter for fremragende forskning (SFF)” av Norges forskningsråd og et ”konvergensmiljø” finansiert av UiO:Livsvitenskap. I dette prosjektet skal vi i samarbeid med nasjonale og internasjonale forskningsmiljøer utvikle en metabolsk plattform bestående av miniatyrorganer av lever, fettvev og pankreas koblet til biosensorer ved hjelp av nanoteknologi. Slike modellsystemer kan erstatte dyremodeller og gi muligheter for testing og forståelse av hvordan nye medisiner påvirker forskjellige sykdommer som for eksempel diabetes og kreft.

Fremtidens medisin

Regenerativ medisin vil uten tvil bli en sentral del av høyteknologimedisinen i kommende år. Bruk av stamceller i form av ES og iPS innen dette området har potensial til å bli en ny industri som antas å være verdt mer enn 1,3 milliarder USD i 2021. I tillegg til det rent behandlingsmessige, kan videre forskning innen regenerativ medisin bidra til å finne årsaken til sykdommer vi ennå ikke kjenner bakgrunnen til, slik som for eksempel diabetes.