En fot på lab'en og en i klinikken

Hva forsker du på akkurat nå?

Jeg forsker på bakteriebelegg på tannoverflater (dentale biofilmer) sammen med en gruppe forskere ved Institutt for oral biologi ved Universitetet i Zürich (Sveits). Slike biofilmer inneholder hundrevis av ulike typer bakterier, som er omgitt av et selvprodusert materiale (extracellulær matrise), som virker som et «lim». 

Vi har i løpet av de siste 15 årene studert forskjellige forhold som er av betydning for utvikling av tannråte (karies), og faktorer som kan hemme kariesutvikling på tre ulike måter:

• Vi har utviklet en laboratoriemodell for biofilmstudier hvor flere typer munnbakterier og en soppart vokser samtidig på tannoverflater eller lignende flater. I denne såkalte «multispecies» biofilmmodellen anvender vi mange forskjellige mikroorganismer som finnes i biofilm på friske vev og i biofilm som kan føre til karies, tannkjøttsbetennelse, tannløsningssykdom eller betennelse i munnslimhinnene.
• Vi har etablert en eksperimentell modell hvor forsøkspersoner bærer akrylplater med tannbiter i munnen (in situ) over en viss tidsperiode.  
• Vi studerer mekanismer for hvordan bakterier fester seg til tenner og slimhinner i munnhulen.
   

Hvorfor er denne forskningen viktig?

Mange av våre oppfatninger om dentale biofilmer stammer fra laboratorieforsøk med enkelte bakteriearter frittflytende i reagensrør. Dette er en helt urealistisk situasjon fordi mikroorganismer i munnen, som ellers i naturen, fester seg til overflater, vokser og danner komplekse tredimensjonale strukturerte samfunn. Det er velkjent at biofilmbakterier har helt andre egenskaper enn frittflytende, f.eks. er bakterier som vokser i biofilmer langt mer motstandsdyktige mot antibakterielle stoffer enn når de lever fritt. 

Vår laboratoriemodell gjør det mulig å studere biofilmer og biofilmkontroll under mer realistiske betingelser. Vi har studert interaksjoner mellom flere typer munnbakterier under biofilmdannelse, struktur av biofilmer med ulike munnbakterier og en sopp, diffusjon av molekyler i biofilmene, betydning av extracellulær matrise for diffusjonen samt hvilken betydning ulike sukkerarter, stivelse og sukkererstatninger har for kariesutvikling i tillegg til den hemmende effekten av fluorid og antibakterielle stoffer.

Resultatene i modellen vår stemmer godt overens med biofilmhemmende effekt av munnskyllevæsker i kliniske forsøk, og modellen egner seg derfor til preklinisk utprøving av antibakterielle stoffer før ressurskrevende kliniske forsøk utføres. Vi har også vist at struktur og diffusjonsegenskaper i biofilmer kan forandres slik at de blir mindre sykdomsfremkallende.

Ved å studere biofilmer direkte i munnhulen blir forsøksbetingelsene mer virkelighetsnære enn i laboratoriet. Slike studier egner seg derfor til å etterprøve funn fra laboratorieforsøk både når det gjelder biofilmdannelse, biofilmkontroll, kariesutvikling og kariesforebyggende tiltak.

For å studere hvordan mikroorganismer fester seg til tannoverflater, har en gruppe forsøkspersoner etter grundig tannrengjøring skyllet munnen med en suspensjon av ikke-orale bakterier eller en gjærsopp som brukes i matvareindustri, og av en E. coli bakterie som er helsefremmende (probiotisk) i tarmen. Vi fant at også ikke-orale mikroorganismer kan feste seg til tenner og omliggende slimhinner, noe som stiller spørsmål ved det man til nå har antatt, nemlig at mikrobiell kolonisering av orale vev er en spesifikk prosess. Funnene kan også danne grunnlag for å undersøke nærmere mulighetene for å erstatte sykdomsfremkallende bakterier med potensielt helsegunstige bakterier i munnen.   

Hva er din motivasjon for å drive med forskning?

Jeg hatt alltid hatt «en fot på lab’en og en i klinikken», dvs. hatt både basale og kliniske elementer i forskningen min. Det å etterprøve funn fra laboratorieforskning i munnen og omvendt å etterprøve kliniske funn på laboratoriet, såkalt translasjonsforskning, er en stor utfordring. Den senere tids forskning med hovedvekt på biofilm- og in situ modeller i samarbeid med instituttet i Zürich er meget inspirerende fordi jeg har vært med på å utvikle mer høyteknologiske metoder, samtidig som nye problemstillinger, institusjoner og fagområder er kommet til med utveksling av ideer og nye teknikker.

Hvordan foregår forskningen?

Jeg har hovedsakelig hatt ansvaret for in situ studier og også deltatt på laboratoriearbeid. Analyser av tannbiter og biofilmer har foregått i Zürich, og laboratoriet der har også hovedansvaret for biofilmforskningen.

For å studere biofilmenes funksjoner og tredimensjonale strukturer benytter vi moderne molekylærbiologiske og mikroskopiske teknikker i tillegg til immunfluorescens hvor fluorescerende antistoffer bindes spesifikt til bakterielle komponenter. De molekylærbiologiske teknikkene innebærer bl.a. fluorescerende in situ hybridisering (FISH) hvor utvalgte deler av bakteriene fluorescensmerkes spesifikt. Samtidig blir laserskanning benyttet med en teknikk hvor biofilmene skannes lagvis og slik tillater en tredimensjonal rekonstruksjon av biofilmene.

Forskergruppen har også i samarbeid med kolleger i Nederland utviklet en teknikk til å kvantifisere demineralisering (tidlig kariesutvikling) av tannbiter fremkalt av biofilmer og reparasjon (remineralisering) av den porøse tannemaljen med fluorid.

Hvor henter du ideer og problemstillinger fra?

Vi har vært en gruppe med stor internasjonal kontaktflate. Forskergruppen har reist mye på internasjonale kongresser, og således både fått feedback på egen forskning og kunne fulgt med på hva andre driver med. I tillegg har vi hatt samarbeid med industrien. Dette er også svært lærerikt, fordi man her finner spisskompetanse innen f.eks. tannpleiemidler og matvarer.

Hva gjør du når du har kjørt deg fast i en blindvei?

Når det gjelder laboratorieforskningen, har vi kommunisert og diskutert og funnet en løsning på et problem, hvis man kan kalle det en «blindvei». Det ligger vel i forskningens natur at skal man komme fremover, må det tas noen omveier eller som vi ofte sier, to skritt frem og ett tilbake. Studier direkte i munnhulen krever veldig nøye planlegging pga. alle prosedyrer som forsøkspersoner skal gjennomføre til minste detalj og nitid oppfølging av personene.

Mer gledelig er det imidlertid når et utilsiktet bifunn blir interessant og undersøkes nærmere. Det har hendt oss. En gang opplevde vi at biofilmer dannet in situ på tannbiter som utviklet mye karies, inneholdt flere typer melkesyrebakterier i større andeler enn tidligere antatt. Flere enn 20 typer melkesyrebakterier ble identifisert med nye molekylære teknikker, som også kan brukes innen generell medisin og matvareindustri for å påvise melkesyrebakterier.

Hva ser du som utfordringen for ditt forskningsfelt fremover?

Å finne ut mer om vekstfaktorer for orale bakterier for å kunne utarbeide metoder til å forebygge karies utover den beskyttelsen som fluorid gir. Selv om vi har hatt fluorid tilgjengelig i ca. 50 år, noe som har forbedret tannhelsen i vesentlig grad, er karies fremdeles utbredt og særlig i visse grupper av befolkningen, bl.a. i den økende andelen eldre i industrialiserte land. I denne sammenheng er det spesielt gledelig å kunne nevne at flere vel anerkjente internasjonale forskningslaboratorier har kopiert biofilmmodellen vår for sine formål.