Reservedeler i folk flest

Det er ikke uvanlig å få satt inn metall-skruer i hånda hvis den brekker eller at en bestefar får ny hofte. Samtidig vil ingen ha flis i fingeren eller glass-skår i foten. Er det ikke rart at legene kan sette inn ting i kroppen uten at den sier ifra?

Jeg har en bestemor som begynner å bli gammel og surrete. I fjor høst skulle hun skynde seg inn på bussen med våte sko og handleposer. Det er jo tross alt viktig å ikke være til bry for bussjåføren, man må komme seg fort på. Det uunngåelige skjedde. Hun falt. Armen brakk, og bruddet var så stygt at det måtte opereres. Det ble satt inn titan og armen grodde fint sammen igjen. At dette gikk bra er ingen selvfølge. Det foregår nå verdensomspennende forskning på å lage nye kroppsdeler som overarmer, og denne forskningen er jeg en del av.

Tidlige reservedeler

Allerede siden oldtidens Egypt har vi mennesker forstått at det noen ganger kan være lurt å putte inn reservedeler hvis kroppen er ødelagt. De reparerte riktignok ikke brukne bestemor-armer, men tenner. Egypterne bandt fast nye tenner ved hjelp av gulltråder, og det virket fint. Over de neste drøye 4000 årene ble det rapportert lite fra fronten for menneskelige reservedeler, men utover i opplysningstiden tok nysgjerrigheten overhånd og eksperimentene startet opp igjen. Ødelagte blodårer ble for eksempel sydd sammen med tråd. Dette gikk jevnt over dårlig. Pasientene døde av infeksjoner, som om de ikke hadde blitt plaget nok av å bli operert på uten bedøvelse. Implantatene skapte flere problemer enn de løste, og hvis bestemor og jeg hadde levd for 200 år siden, ville armen aldri blitt bra.

Immunforsvaret

Nå er vi litt nærmere å vite hva som gikk galt for 1800-tallets forskere, selv om dagens løsninger heller ikke er perfekte. De greide ikke å lure kroppen til å tro at implantatet var en del av den. Vi er så heldige å ha immunforsvar. Problemet i forbindelse med implantater er at immunforsvaret reagerer på alt som er fremmed. Det er grunnen til at vi får betennelse i fingeren når vi får en flis. Det kan bli fatalt hvis vi får betennelser når et nytt implantat blir satt inn. Immunforsvaret må derfor lures til å tro at implantatet er en del av oss.

Hoftene forsvinner

Utover 1900-tallet begynte legene å lykkes med å stabilisere brudd ved hjelp av legeringer av stål og vanadium. Disse var mekanisk sterke, noe som er viktig når det er hardt ben som skal erstattes. Noen infeksjoner forekom fortsatt, men det gikk på alle måter bedre enn tidligere. Mye av suksessen har nok å gjøre med enkle ting som at disse legene vasket hendene, men materialet implantatene var laget hadde også en viktig egenskap tidligere implantater hadde manglet. De var bio-kompatible, altså at de ikke førte til noen stor immunologisk respons som gir betennelser. Prosessen om hvordan immunforsvaret lures til å tro at hardt metall er en del av den er fortsatt ikke ordentlig forstått. Det føles også veldig unaturlig at kroppen skal godta at noe man normalt graver opp fra gruver skal være en del av den. Datidens leger følte nok at dette var skikkelig science fiction, og folk med metall-skuer i hånda kan sammenliknes litt med karakterene fra Transformers.

Disse legeringene hadde likevel flere uheldige egenskaper. De rustet over tid, og løste seg dermed opp. Hvis man får operert inn en ny hofte, må den jo bli der. Da rustfritt stål ble funnet opp ble dette tatt i bruk i implantater, og den nye kroppsdelen ble værende. Denne teknologien brukes fortsatt, men kun når det er tenkt at implantatet skal tas ut igjen etter at selve benet har grodd sammen. Stål fremmer nemlig ikke cellevekst, og cellene vokser dårlig sammen med stålimplantatene.  En felles utfordringer for alle implantater laget av metall er at en del mennesker lider av overfølsomhet for metaller, og det kan gi liknende reaksjoner som ved bruk øreringer.

Fra bio-kompatibelt til bio-aktivt

Utover 1970-tallet ble det funnet flere stoffer som fremmer cellevekst, blant annet at man kan dekke implantater med et stoff kalt apatitt. Det utgjør omkring halvparten av vekten til menneskeben og cellene i benet rundt implantatet vil derfor tro at det er ben. Cellene vokser seg dermed fast til implantatet, og det blir en integrert del av benet. Et problem med apatitt er at det alene ikke er sterk nok til at man kan lage hele implantatet av det. Det kan derimot brukes til å dekke et sterkt metall som titan. Dette er det min bestemor har i overarmen.

Perfekte reservedeler

            Titan med apatitt-belegg fungerer ganske fint i dag, men perfekt er det ikke. For eksempel er det problematisk at kunstige ledd, som hofter, gnikker så mye på hverandre at det implanterte leddet blir ødelagt over tid. Hvis en aktiv 50-åring får satt inn en ny hofte og den holder i 20 år, hva skal gjøres når denne personen kommer i 70-årene og fortsatt vil gå tur i skogen? I dag finnes det eksempler på mennesker som må bytte ut samme ledd to ganger og det burde være grunn nok til å finne på noe bedre.

En løsning kan ligge i den regenerative medisinen, som er feltet jeg jobber med.  Regenerativ medisin er å gro nytt vev utenfor kroppen med pasientens egne celler og sette det inn igjen. Det vil være et paradigmeskifte sammenliknet med den tidligere tankegangen om at implantater er kunstige og at målet er å modifisere de godt nok til at kroppen aksepterer dem.  Hvis det er dine egne celler som settes inn, vil ikke immunforsvaret skrike så høyt. Anthony Atala ved det ledende Wake Forest institutt for regenerativ medisin er blant de første som har lykkes med å lage organer med regenerativ medisin, i dette tilfellet urinblærer. Han har også uttalt at han tror at feltet også kan være løsning på mangelen på organdonorer, da man gror nytt vev fra pasientens egne celler isteden.

Perfekt, men vanskelig

Som med all annen teknologi under utvikling, er det store utfordringer knyttet til den regenerative medisinen. Størsteparten av forskningsfeltet hører derfor til dagens science fiction, men forhåpentlig kommer tiden hvor organer av alle slag grodd på laben er tilgjengelig, stadig nærmere. Det er dog veldig vanskelig å få cellene til å gro utenfor kroppen og til å bli akkurat det organet de skal være, ikke bare en celle-klump. Celler kan endre seg når de blir tatt ut av kroppen og vil ofte slutte å utrykke genene som gjør at de binder seg til hverandre og lager et vev. I den regenerative medisinen må dette unngås. Ofte blir stamceller brukt, men det er problematisk å fortelle stamcellene at de skal bli akkurat det man ønsker. Det er også vanskelig å få cellene til å trives godt nok utenfor kroppen til at de gror nok til å lage et helt organ. De er ofte sarte og trenger forhold som likner mest mulig på dem inni kroppen. For å gjøre det enda hele vanskeligere har ulike celletyper svært ulike preferanser, og om man klarer å lage én type organ, betyr det ikke at det finnes noen generell metode for å gro cellevev utenfor kroppen.

Et annet aspekt ved regenerativ medisin som diskuteres hett i dag er utfordringer knyttet til automatiseringsprosesser med tanke på storskala produksjon av organer. Det blir også argumentert for i fagmiljøet at det uansett vil være så få organer som skal lages og at dette allikevel må tilpasses hver enkelt pasient nøye, at det ikke gjør noe at de praktiske prosessene som i dag foreligger er tidskrevende og arbeidsomme. På den andre siden vil det kunne oppstå situasjoner hvor pasienter trenger organene veldig fort, og på et slikt aspekt vil den regenerative medisinen kunne komme til kort.

Støpeformer

En måte å få cellene til å lage det organet man ønsker, er å bruke «støpeformer» som cellene skal gro i. Disse må herme etter det som er rundt det aktuelle organet inni kroppen på best mulig måte, både med hensyn på fasong og ikke minst på hvilke stoffer cellene kan henge seg fast på. Forskere ved universitetet i Pittsburgh har nylig klart å lage hjerteklaffer på denne måten.  Jeg jobber med å lage lignende støpeformer for øye-celler å gro på. Cellene som skal gros er de som ligger aller øverst i øyet og mine støpeformer likner på cellene som naturlig finnes under disse. Forhåpentlig har legene på Ullevål snart har en lettere jobb når de skal behandle ulike øyesykdommer.

Organer i overskudd

Hvis du får skader som ødelegger blæren din er det allerede sånn at legene kan gro deg en ny fra dine egne celler. Forhåpentlig blir det også snart en realitet for ben som skades ofte. Dette betyr at om noen år når du faller og brekker et ben, så kan man sette inn et nytt ben laget på laben istedenfor metall-skruer som du kanskje er allergisk mot. Og kanskje enda viktigere, hvis moren din får en lungesykdom, så trenger hun ikke å sette livet på vent til en med donor-kort dør trafikken.  Legene kan bare gro en ny lunge til henne. Regenerativ medisin kan gi oss en bedre tilgang på menneskelige reservedeler og for første gang i historien kan vi kanskje ha organer i overskudd.

Nytt funn kan gi billigere elektronikk

Her kommer en nyhetsartikkel jeg har skrevet i forbindelse med mnkom 🙂 

Fortsatt fin tirsdag! 

Nytt funn kan gi billigere elektronikk

En ny type plast kan erstatte sølv som kontakter i elektronikk og dermed gjøre elektronikken billigere.
Pris og tilgjengelighet gjør strømledende plast fordelaktig å bruke i elektronikk. Den store ulempen er at det ikke leder varmen ut av elektronikken, og øker dermed risikoen for overoppheting og brann. Dette har forskere ved Georgia Institute of Technology nå bestemt seg for å gjøre noe med.

20 ganger bedre
Forskningsgruppen jobbet med plast-stoffet polytiofen som er kjent for å lede strøm. Den nye versjonen av polytiofen har en varmeledningsevne som er mer enn 20 ganger bedre enn den normale formen. I praksis vil dette si at det sannsynligvis være godt nok til at det kan brukes i kontakter i elektronikk og på solceller uten å utgjøre en brannfare. Stoffet ble også testet for om det ville tåle mange runder med oppvarming og nedkjøling uten å bli ødelagt. Dette er noe stoffet vil bli utsatt for om det skal brukes i praksis, da elektronikk blir slått av og på. Et eksempel på at ting blir ødelagt grunnet størrelsesforandring når temperaturen endres, er varmt glass som sprekker i kaldt vann. På samme måte kan andre materialer som polytionfen sprekke opp. Overraskende nok tålte polytiofen flere runder enn vanlig sølv, som er det som i dag blir brukt.

Strukturendring
For å forbedre polytiofens varmeledningsevne, endret forskerne strukturen på stoffet. Plast-materialer som polytiofen og andre polymerer er lange kjeder. Det som kan varieres er hvordan disse lange kjedene ligger i forhold til hverandre. Vanligvis ligger kjedene tilfeldig uten noen orden. En slik uorden vil føre til at det er vanskeligere for fononene, som er de partiklene som leder varme, å hoppe mellom plastkjedene og dermed lede varmen gjennom materialet.
Forskerne forstod at hvis polytiofen skulle lede mer varme, så måtte trådene ligge mer ordnet i forhold til hverandre. For å oppnå dette ble en støpeform brukt. Denne var laget av aluminium og hadde lange brønner nedover. Disse brønnene var veldig smale, og det kunne derfor bare gro en enkelt polymertråd oppi. Stoffet ble så laget oppi støpeformen og denne fjernet. Resultatet var en slags polytiofen-skog, hvor trådene stod rett opp ved siden av hverandre. Denne økende ordenen gjør det lettere for fononene å hoppe i mellom trådene og varmeledningsevnen økte.

Bøyelige solceller
Disse polytiofen-kontaktene kan man i tillegg bruke i bøyelige solceller. Disse solcellene er tenkt brukt for eksempel på taket av militære telt eller andre gjenstander som skal være mobile, som campingutstyr. De kan bøyes sammen og er derfor lettere å transportere. Det er også fordelaktig at disse solcellene er laget av plast, da det vil være mer motstandsdyktig mot omgivelsene. I bøyelige solceller vil vanlige sølvkontakter komme til kort, da de er stive og kan brekke hvis man forsøker å bøye dem. En annen løsning er å lage svært tynne sølvtråder, men siden sølv er mangelvare vil polytiofen være et godt alternativ.

Utfordrende masseproduksjon
Selv om forskerne har funnet det mest varmeledende plastmaterialet så langt, er det fortsatt en vei å gå for å få det i kommersielt bruk. Metoden de brukte er svært energikrevende og egner seg best på laben, ikke til storproduksjon. Videre forskning må derfor til for at dette skal bli industrialisert, men forskerne ved Georgia Institute of Technology har i hvert fall vist at varmeledende plast er en realitet og veien mot billigere elektronikk uten sølv synes kortere.

Faktabokser:
Strømledende plast
Strømledende plastmaterialer som polytiofen har vært kjent siden 1970-tallet. Disse blir blant annet brukt i skjermene på kalkulatorer da de noen av dem skifter farge når det sendes strøm igjennom. Problemet med disse materialene med tanke på å bruke dem i elektronikk er den dårlige varmeledningsevnen, som vil øke faren for overoppheting. Det er denne evnen til å lede varmen ut av materialet forskere ved Georgia Institute of Technology har studert.

Sølvmangel
Hvis dagens forbruk av sølv opprettholdes holder sølvreservene kun i snaue femten år til. Sølv er uunnværlig i mange industrielle prosesser og kan bli et våpen mot antibiotika-resistente bakterier. Derfor er det viktig å bytte ut sølv i andre bruksområder, så det er igjen til der det ikke finnes andre alternativer. Et slikt bruksområde kan være kontakter i elektronikk og på solceller.

1. mai med heliumballonger

I går var det 1. mai og vi var som vanlig på Youngstorget med apeller, taler og tog. Med så mange flotte mennesker ute i gatene, skulle man jammen ikke tro at regjeringen er blå-blå! Men en ting skuffet meg virkelig i går, og det var Fagforbundet. De gikk under parolen “Skap grønne jobber NÅ – brems oljeutvinninga”. Som student i et fagfelt som prøver å skape en grønnere hverdag og alternativer til olje, kunne jeg ikke vært mer enig i. Problemet var at hele torget var fullt av Fagforbundet-ballonger. Fylt med helium! Jeg synes det er paradoksalt at aktivister på venstresiden er med på å sløse en så viktig ressurs. Forhåpentligvis er det bare på grunn av uvitenhet, selv om de kanskje burde visst bedre. Nå har jeg kjeftet litt på Fagforbundets facebook-side, satser på at de tar det til etteretning.

Fortsatt god 2. mai!

Grunnforskning

Nå er det lenge siden dere har hørt fra meg. I mellomtiden har jeg pusset opp, flyttet, hatt to omgangssyker, eksamen, skrevet mye i MNKOM og drevet med masteroppgaven min. Vil nesten kalle sistnevnte forskning. Når vi er inne på tema, her er kronikken min om grunnforskning.

 

Feil forskning

 

Regjeringens satsning på nanoteknologi redder kanskje morgendagen, men ikke fremtiden.

«Nanoteknologi skal gi et vesentlig bidrag til norsk næringsutvikling og samfunnsnytte».

Da jeg leste dette, begynte jeg å undres om min egen forskning i masteroppgaven egentlig er nyttig nok. Jeg lager nye nano-materialer uten noe åpenlyst bruksområde. Kanskje kan de brukes til å gro celler på, men hovedårsaken til at jeg prøver å lage disse stoffene er for å se om det går an. Med andre ord, så holder jeg på med grunnforskning. Og vi kan faktisk ikke vite hva disse nano-materialene jeg lager kan brukes til, før noen har gitt med midler til å lage dem. Med målsetningen om at all nanoteknologi skal være samfunnsnyttig, så vil det bare forskes på det man på forhånd tror vil være nyttig.

Ingen grunnforskning, ingen uante muligheter

Konsekvensene av ikke å satse på grunnforskning innen nanoteknologi og andre fagfelt er store. Alle smarte duppeditter som PCer og mobiler er basert stoffer som er såkalt halvledende, men kunnskapen om halvledere ble i utgangpunktet ikke utviklet for IT-teknologien. På samme måte er det sannsynligvis uante muligheter innenfor nanoteknologien, i hvert fall med tanke på hvor ny nanovitenskapen er. Vi er nødt til å vite mer om hvordan nano-materialer oppfører seg før vi kan få maksimalt utbytte av dem. For eksempel er hvordan ulike nano-materialer oppfører seg i biologiske systemer, hvordan det kan lages nano-rør av kun en størrelse eller om kvantedatamaskinen kun er hypotetisk, på ingen måte kartlagt ordentlig.

Kunnskap versus økonomi

Edmund Burke, en av konservatismens fedre, sa engang at «det finnes ingen kunnskap som ikke er verdifull». Dette utsagnet kan nok de fleste stille seg bak. Allikevel snakker de blå-blå veldig mye om hvordan nanoteknologien og annen forskning er veien for å gjøre morgendagen til et rikere og mer miljøvennlig samfunn. Mange gjennombrudd vil selvfølgelig komme av at det forskes for å løse en konkret problemstilling, men med en slik innstilling forsvinner de uante nano-mulighetene. Det er kunnskap innenfor et nytt felt dette handler om, og om at kunnskap i seg selv har en egenverdi. Ja, mye kunnskap kan genere økt økonomisk vekst for Norge her og nå, men det burde ikke være grunnen til at forskning er viktig.

Rektor ved Universitetet i Oslo (UiO), Ole Petter Ottesen, har tidligere uttalt at han synes at de rødgrønnes satsning på grunnforskning var for dårlig, på tross av at de eksplisitt hadde lovet å satse på det. Selv om forskningsbudskjettene økte, så gikk det mest til den anvendte forskningen, også innenfor nanoteknologien. Til høsten kommer stortingsmeldingen som skal handle om de lange linjene innen høyere utdanning og forskning. Dette gir heldigvis de blå-blå med kunnskapsminister Torbjørn Røe Isaksen i spissen mulighet til å gjøre noe med satsningen på grunnforskning.

De lange linjene

I forbindelse med ventede stortingsmeldingen, er det fra kunnskapsdepartementet sendt ut en invitasjon til å komme med innspill. Her står det blant annet at såkalte muliggjørende teknologier, herunder nanoteknologi, er et av temaene det skal satses mest på. For meg som nanoteknologi-student, er dette fantastiske nyheter. Det den derimot sier forsvinnende lite om er forholdet mellom hva som skal satses mest på av anvendt forskning og grunnforskning. Senter for Grunnforskning ved Det Norske Videnskaps-Akademi poengterer det også i sitt innspill, ordet grunnforskning er ikke nevnt en eneste gang i dokumentet. Spørsmålene som i dag stilles vil ikke være de samme som om en generasjon, og for å opprettholde de lange linjene i forskningen er grunnforskningen essensiell. Den profittdrevne nytteforskningen vil kunne komme til kort i et slikt aspekt.

Kunnskapsministeren har også uttalt at det er viktig å prioritere midlene innenfor forskning, og jeg håper inderlig at dette ikke betyr at grunnforskningen prioriteres ned. Fagmiljøene trenger ressurser, både økonomiske til å ruste opp bygningsmasse og utstyr samt menneskelige som faktisk skal gjennomføre forskningen. For eksempel er nær tre av fire bygg UiO eier utdaterte og det holder ikke mål hvis man skal drive med forskning, hverken anvendt forskning eller grunnforskning. Et annet aspekt som burde sikres i stortingsmeldingen er at grunnforskning også burde få prioritet når forskningsmidler skal deles ut, ikke kun anvendt forsknings som snart synes å komme med gjennombrudd som resulterer i konkrete produkter.

Sats på grunnforskningen
Den klare oppfordringen til kunnskapsministeren må derfor være å fortsatt satse på grunnforskningen, og ikke se seg blind på samfunnsnyttighet og økonomisk vekst. Den økte satsingen på nanoteknologi vil sannsynligvis gi resultater, men kanskje ikke der de er ventet. Og hvis det kommer resultater som ikke umiddelbart kan omsettes til noe på butikkhylla, så er det fortsatt verdifullt. Det er i hvert fall Burke og jeg helt enige om.