Kombinasjonen av nye og gamle teknikker gir oss et mer helhetlig bilde av hele beindannelseprosessen.
Mange mennesker opplever skader eller traume i bein som kan føre til alvorlig fysisk funksjonshemming og nedsatt livskvalitet. Utviklingen av nye biomaterialer har bidratt til at det er gjort store fremskritt for å reparere skadet beinvev.
– Jeg kom hit for å gjøre en evaluering av ulike analysemetoder når vi skal forske på bruk av ulike biomaterialer i bein. Hva skjer når du setter inn slike materialer? Får det følger for helingsprosessen og forbedrer det dannelse av nytt bein? Spørsmålene er sentrale i avhandlingen Maryam Rahmati har fullført ved Avdeling for biomaterialer.
– Det viktigste og mest interessante i forskningen var at vi brukte nye metoder for å se hvordan biomaterialer oppfører seg i bein. Når vi brukte disse nye metodene kunne vi lett se at hvert biomateriale stimulerer bein på forskjellige måter. Dette vil ha betydning for biomaterialets kliniske bruk i etterkant, forteller Rahmati.
Nedbrytbare og ikke-nedbrytbare implantater
– I arbeidet brukte vi ulike typer biomaterialer og vi utførte et bredt spekter av målemetoder, fortsetter hun.
– Noen fikseringsmaterialer er nedbrytbare og etter at beinet har grodd, brytes de ned av kroppen. Slike materialer kan være magnesium eller nedbrytbare polymerer. Andre biomaterialer som blir brukt til fiksering av brudd må fjernes med operasjon i etterkant, som f. eks. implantater av stål eller titan. Men titan blir også brukt i tannimplantater. Da må materialet bli i beinvevet ditt resten av livet, fordi de er en erstatning for en tannrot. I arbeidet mitt undersøkte vi de ulike biomaterialene i ulike typer dyremodeller.
– Det er viktig å vite hvordan et biomaterial oppfører seg i kontakt med bein, vi vil ikke ha uønskete reaksjoner. Vi må bruke ulike metoder for å gjøre denne evalueringen. Ulike former for bildeanalyseteknologi er mye brukt. Disse bildeanalyseteknologiene må utvikles for å sikre at de kan gi oss nyttig informasjon om biomaterialets påvirkning på bein.
– Hovedfokus i mitt arbeid var å bruke ulike bildeanalysemetoder – fysiske og kjemiske, og sammenligne disse. De nye verktøyene ble utviklet i samarbeid med mange ulike universiteter i Europa og USA.
Mange former for bildeanalyseteknologi
– Det finnes mange ulike former for bildeanalyseteknologi, alt fra røntgen, ultralyd, MR, lysmikroskop og innfargingsmetoder. Det mest vanlige å bruke når vi skal undersøke biomaterialers påvirkning på bein er microCT og histologi. Men i min studie ville jeg se på mange nye teknikker og sammenlikne dem med de gamle. Spørsmål som jeg var opptatt av var – vil vi få ny viten med nye teknikker, sier Maryam.
– En av de mest lovende nye teknikkene for å se på bein er en teknologi som heter FLARE (Fluorescent Labeling of Abundant Reactive Entities). Dette er en helt ny metode som aldri er brukt på bein før, og den kan erstatte histologi og immunohistokjemi. Det er en forskergruppe ved University of Washington som hjalp oss med dette.
– Vi brukte også nye metoder som kan vurdere beinets respons ned på atomnivå. Den teknikken som fungerte aller best er et optisk infrarødt måleinstrument. Den ga oss informasjon som vi ikke har sett før, og som ikke er mulig med andre maskiner. Vi var også på synkrotronen i Hamburg og fikk målt størrelsen på krystallene i bein. Dette er heller ikke blitt gjort før i de materialene vi har sett på, forteller hun.
– Ved å bruke så mange ulike typer teknikker, både gamle og nye, var det mulig å korrelere de ulike teknikkene og komme til én konklusjon om bein og biomateriale? Det mest interessante var hvor mye våre resultater var like til tross for at vi brukte ulike teknikker.
Ulike teknikker viste samme resultat
Rahmati fant ut at ved å bruke forskjellige bildeanalyseteknikker ga det en større forståelse for beintilheling rundt implantater.
– Et verktøy var utviklet av kjemikere og et av fysikere, så det var veldig spennende å oppdage, fordi de ser ting på veldig ulike måter. Et bildeverktøy kunne vise beindannelsen oppløst på atomnivå, og vise at visse peptider forårsaker biomineralisering.
– Målingene er avhengig av hvordan du forbereder prøvene, fortsetter hun. Jeg forberedte prøvene og håndterte mange av eksperimentene selv, men en del måtte vi sende til våre samarbeidspartnere. På grunn av coronapandemien ble det vanskelig å være fysisk på plass hos alle partnere som hadde de ulike teknikkene. Dette betydde at vi hadde masse digitale møter og en stor logistikk med å sende prøver fram og tilbake.
Marie Curie og internasjonalt samarbeid
Maryam Rahmatis forskningsarbeid ble støttet gjennom Marie Curie, som er en del av EUs forsknings- og innovasjonsprogram Horisont 2020.
– Programmet er basert på å utdanne 15 ulike ph.d-stipendiater i samarbeid mellom mange ulike europeiske universitet. Disse ulike universitetene er ansvarlige for ulik type opplæring av stipendiatene. Denne opplæringen skulle skje hos de ulike partneruniversitetene.
– I begynnelsen var planen at vi måtte reise hver eller annenhver måned for å få undervisning på andre forskningsinstitusjoner, men pga. corona så kunne vi ikke følge den opprinnelige planen. En del undervisning skjedde på Zoom, men jeg var heldig og fikk gjennomført mange forskningsopphold i ulike grupper likevel.
– Jeg lærte mye av det, ikke minst hvordan kommunisere med mange forskjellige mennesker fra ulike kulturer og hvordan få til å samarbeide med dem, avslutter Maryam.
Samarbeidsuniversiteter
- Department of Chemistry, University of Washington, Seattle, WA, USA
- Department of Physiology and Biophysics, University of Washington, Seattle, WA, USA
- Photothermal Spectroscopy Corp, Santa Barbara, CA 93101, USA
- School of Biological Sciences and the Center for Biomedical Engineering and Rehabilitation Science, Louisiana Tech University, Ruston, USA
- Division of Digestive and Liver Diseases, Columbia University Medical Center, New York, USA
- Department of Biomedical Engineering, University of California, One Shields Avenue, Davis, CA 95616, USA
- Bio-Active Materials Group, Henry Royce Institute, University of Manchester, Manchester M13 9PL, Storbritannia
- Experimental Trauma Surgery, Justus-Liebig University Giessen, Giessen, Tyskland
- Faculty of Health Sciences, University of Applied Sciences, Giessen, Tyskland
- Institute of Metallic Biomaterials, Helmholtz Zentrum Hereon, Max-Planck-Straße 1, 21502 Geesthacht, Tyskland
- Institute of Medical and Polymer Engineering, Chair of Medical Engineering, Technische Universität München, Boltzmannstrasse 15, 85748 Garching, Tyskland
- Universidade de Santiago de Compostela Facultad de Veterinaria: Campus Universitario, s/n, 27002 Lugo, Spania
- iBoneLab S.L. Avda. Da Coruña, 500 (CEI-NODUS), 27003 Lugo, Spain
- Department of Periodontology, Faculty of Odontology, University Complutense of Madrid, Madrid, Spania
- ETEP (Etiology and Therapy of Periodontal and Peri-implant Diseases) Research Group, Madrid, Spania
- Department of Fundamental Biology and Health Sciences, Research Institute on Health Sciences (IUNICS), University of Balearic Islands, ES-07122 Palma, Spain
- Balearic Islands Health Institute (IdISBa), ES-07010 Palma, Spania
- Industrie Biomediche Insubri SA, Via Cantonale 67, 6805 Mezzovico-Vira, Sveits
- Faculty of Biomedical Sciences, Università della Svizzera Italiana (USI), Via G. Buffi 13, Lugano 6900, Sveits
- Ludwig Boltzmann Institute for Experimental and Clinical Traumatology, Donaueschingenstrasse 13, 1200 Vienna, Østerrike
- Department of Biomedical Sciences, University of Veterinary Medicine, 1210 Vienna, Østerrike
- Department of Orthopedics and Traumatology, Medical University of Graz, Graz, Østerrike
- Department of Tissue Engineering & Regenerative Medicine, Faculty of Advanced Technologies in Medicine, Iran University of Medical Sciences (IUMS), Tehran, Iran
- Department of Chemistry, CICECO, Aveiro Institute of Materials, University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
- Université de Lorraine, CentraleSupélec, LMOPS, F-57000 Metz, Frankrike
- Center for Nanofibers & Nanotechnology, Nanoscience & Nanotechnology Initiative, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, National University of Singapore, Singapore
- Faculty of Industrial Sciences & Technology, Universiti Malaysia Pahang, 26300 Gambang, Kuantan, Pahang, Malaysia
Referanser
- Rahmati, Maryam; Stoetzel, Sabine; El Khassawna, Thaqif; Mao, Chenyi; Ali, Adilijiang; Vaughan, Joshua C.; Iskhahova, Kamila; Wieland, D.C. Florian; Cantalapiedra, Antonio Gonzalez; Perale, Giuseppe; Betge, Felice; Dillon, Eoghan P; Lyngstadaas, Ståle Petter & Haugen, Håvard Jostein (2021). Intrinsically disordered peptides enhance regenerative capacities of bone composite xenografts . Materials Today. ISSN 1369-7021. doi: 10.1016/j.mattod.2021.12.001. Full text in Research Archive
- Rahmati, Maryam; Stötzel, Sabine; El Khassawna, Thaqif; Iskhahova, Kamila; Wieland, D.C. Florian; Plumhoff, Berit Zeller & Haugen, Håvard Jostein (2021). Early Osteoimmunomodulatory Effects of Magnesium–Calcium–Zinc alloys. Journal of Tissue Engineering. ISSN 2041-7314. doi: 10.1177/20417314211047100. Full text in Research Archive
- Palombo, David; Rahmati, Maryam; Vignoletti, Fabio; Esporrin, Javier Sanz; Haugen, Håvard Jostein & Sanz, Mariano (2021). Hard and soft tissue healing around implants with a modified implant neck configuration: an experimental in vivo preclinical investigation. Clinical Oral Implants Research. ISSN 0905-7161. doi: 10.1111/clr.13812.
- Rahmati, Maryam; Frank, Matthias Johannes; Walter, Martin Sebastian; Monjo Cabrer, Marta; Satué, María; Reseland, Janne Elin; Lyngstadaas, Ståle Petter & Haugen, Håvard Jostein (2020). Osteoimmunomodulatory effects of enamel matrix derivate and strontium coating layers: A short- and long-term in vivo study. ACS Applied Bio Materials (AABM). ISSN 2576-6422. 3, p. 5169–5181. doi: 10.1021/acsabm.0c00608. Full text in Research Archive
- Rahmati, Maryam; Silva, Eduardo A.; Reseland, Janne Elin; Heyward, Catherine Anne & Haugen, Håvard Jostein (2020). Biological responses to physicochemical properties of biomaterial surface. Chemical Society Reviews. ISSN 0306-0012. 49(15), p. 5178–5224. doi: 10.1039/d0cs00103a. Full text in Research Archive
- Rahmati, Maryam; Lyngstadaas, Ståle Petter; Reseland, Janne Elin; Andersbakken, Ingrid; Haugland, Heidi Straume; López-peña, Mónica; Cantalapiedra, Antonio gonzalez; Muñoz, Fernando maria guzon & Haugen, Håvard Jostein (2020). Coating doxycycline on titanium-based implants: two in vivo studies. Bioactive Materials. ISSN 2452-199X. 5(4), p. 787–797. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.05.007. Full text in Research Archive
- Rahmati, Maryam; Blaker, Jonathan James; Lyngstadaas, Ståle Petter; Mano, Joao F. & Haugen, Håvard Jostein (2020). Designing multigradient biomaterials for skin regeneration. Materials Today Advances. 5. doi: 10.1016/j.mtadv.2019.100051. Full text in Research Archive