Vil rekonstruere tapte bein og knokler

Ved Det odontologiske fakultet søker forskere etter den beste mulige måten å få bein og implantater til å fungere sammen på. Selv om de fortsatt leter, utmerker titan seg stadig som et svært anvendelig stoff å bruke i proteser og implantater.

Doktorgradskandidaten står og arbeider ved en slipemaskin mens han smiler til fotografen. Han er iført hvit klinikkfrakk.

Doktorgradskandidat Anders Verket skal disputere ved Institutt for klinisk odontologi 7. september. Foto: Håkon Størmer, OD/UiO.

Beintransplantasjon er den vanligste behandlingsformen hvis man av ulike grunner har mistet så mye bein fra en knokkel at kroppen selv ikke klarer å reparere skaden. I løpet av kort tid kommer det imidlertid til å finnes flere alternativer som, gjennom å sette inn en erstatning, stimulerer bein til å gro på nytt på en forutsigbar måte.

– Som praktiserende tannlege ser jeg fordelen ved å utvikle materialer som kan fungere som klatrestativ for beinvekst, som er gode nok til å ta over for beintransplantasjon, forteller Anders Verket, men fortsetter: – Selv om vi nok ikke er der riktig ennå.

Doktorgradsstipendiaten ved Institutt for klinisk odontologi ved Det odontologiske fakultet har siden 2010 tatt del i et forskningsprosjekt som undersøker hvordan forskjellige beinerstatningsmaterialer med titan og titandioksid kan få bein til å gro på best mulig måte. I prosjektet har han forsket på det de kaller «stillas» framstilt av metallet titan: Små, millimeter-store klumper som minner om isoporbiter, bare enda mer porøst. Sett i mikroskop har det en struktur som kan se ut som stillasene vi bruker ved oppussing av bygningsfasader.

Titan-"stillaset" er svært porøst, noe som tillater beincellene plass til å vokse. Foto: Anders Verket, OD/UiO.

Mangel på bein plager mange

En rekke pasienter lider av at de mangler deler av kjevebein eller andre bein i kroppen, noe som kan ha mange forskjellige årsaker. Tannleger ser dette ofte i forbindelse med tannkjøttsykdom, også kjent som periodontitt. Sykdommen fører til at tennene løsner fra tannkjøttet og at beinet i kjeven forsvinner. Pasienter som er rammet av alvorlig periodontitt kan derfor miste tenner og hele deler av kjevebeinet, som igjen får ytterligere konsekvenser både for tygging og utseende.

For å kunne få tilbake god tyggefunksjon og i mange tilfeller også et pent smil, er tannimplantater et viktig behandlingsalternativ. Men hvis kjevebeinet er borte, blir selv også behandling med implantater vanskelig, fordi det ikke er noe bein å feste implantatene i. Det er her vekststativene i kommer inn i bildet.

Stimulerer til vekst

Titan-stillaset kan formes slik at de blir tilnærmet identisk med beinets manglende deler. Foto: Anders Verket, OD/UiO.

– Vi har prøvd ut disse «bein-stillasene» i flere varianter. Vi former de små porøse klumpene slik at de fyller hulrommene etter det tapte beinet og tannroten. Så lukker vi tannkjøttet over, og i løpet av noen måneder greier beincellene fra det omkringliggende beinet å etablere seg i det porøse stillaset, forklarer Verket.

I doktorgradsprosjektet sitt har han forsket på stillaser i både titan og den keramiske forbindelsen titandioksid, som opptrer nærmere de egenskapene beinet innehar, i seg selv, enn det metallet gjør. Han har også sett på om det kan ha noen innvirkning på hvor effektivt beinet gror sammen igjen, dersom stillaset i forkant også overflatebehandles med ulike molekyler og stoffer. De har på den ene siden forsøkt flere typer såkalte bioaktive molekyler, som stimulerer vekst eller setter i gang ulike biologiske prosesser rundt stillasene. På den andre siden har de forsket på bein-stillaser som er dekket i mer ikke-organiske stoffer, som for eksempel kalsium, silisium eller fosfater.    Verket fant riktignok ikke noen sammenheng mellom disse overflatebehandlingene og bedre celleutvikling.

Derimot fant han at nettopp titan-stillaset, som i tillegg til å være en stabil konstruksjon og dermed velegnet til bruk i beinbygging, også kan fungere som en slags lagringsplass for bioaktive proteiner. Det kan igjen påvirke beincellene til å utvikle seg bedre.

Ikke helt i mål

Titan er et sterkt og svært lett grunnstoff, som veldig mange beinimplantater i kroppen inneholder. Det godt egnet for bruk i kjevebeinet. Men titan forsvinner ikke av seg selv, så etter at beinet har grodd seg til i ønsket form gjennom stillaset som er satt inn, forblir de porøse titan-bitene værende som en integrert del av beinet, omtrent som armering i støpt betong.

Selv om titan er helt ufarlig – det tilsettes blant annet i en rekke vanlige medisiner og kosmetiske produkter– gjør dette at beinmassen ikke lenger er helt rein; den vil også bestå av spredte titanpartikler. Derfor gjenstår det mye forskning, forteller Verket: – Å blande inn andre stoffer  i beinmassen på denne måten, kan medføre at beinet får litt andre egenskaper enn det ville hatt uten titanpartiklene. Det kan for eksempel ha konsekvenser hvis beinet bygges i en kjeve hvor det skal skrus inn og festes et tannimplantat. Derfor må egenskapene til beinmassen som er iblandet titan undersøkes nærmere før dette eventuelt skal kunne bli en velbrukt metode innen tannhelsefeltet.

Bildet viser gjenværende titanpartikler (lyse grå felt) spredt i beinmassen (mørkere felt). Til venstre ser en tydelig et implantat som er festet i kjevebeinet. Foto: Anders Verket, OD/UiO.

– Gullstandarden med å transplantere bein fra et annet sted i kroppen er fortsatt den mest brukte metoden å «bygge» bein på. Men all den tid dette medfører en ekstra operasjon, som gir sår, smerter, og som krever ressurser, jobber vi med å finne gode alternativer, forteller Verkets veileder, professor Ståle Petter Lyngstadaas. – Vi jobber mye med å utvikle disse beinerstatningsmaterialene slik at de fungerer godt i alle situasjoner. Det er potensielt mye mer skånsomt for pasientene, i tillegg til at det er en billigere metode. Vi ser også at konstruksjonen har potensial som proteser i andre bein i kroppen, som rygg og bein. I så fall er implikasjonene store for en rekke pasientgrupper, spår Lyngstadaas. 

Verket har hatt ytterligere tre biveiledere på sitt doktorgradsprosjekt: Professor Janne Elin Reseland, professor Håvard Jostein Haugen, og postdoktor Johan Caspar Wohlfahrt, alle fra Institutt for klinisk odontologi ved Universitetet i Oslo.

 

Referanser

Verket, Anders; Müller, Benjamin; Wohlfahrt, Johan Caspar; Lyngstadaas, Ståle Petter; Ellingsen, Jan Eirik; Haugen, Håvard Jostein & Tiainen, Hanna (2015). TiO2 scaffolds in peri-implant dehiscence defects: an experimental pilot study . Clinical Oral Implants Research.  ISSN 0905-7161. . doi:10.1111/clr.12725

Verket, Anders; Lyngstadaas, Ståle Petter; Rønold, Hans Jacob & Wohlfahrt, Johan Caspar (2014). Osseointegration of dental implants in extraction sockets preserved with porous titanium granules - an experimental study.  Clinical Oral Implants Research.  ISSN 0905-7161. 25(2), s E100- E108 . doi: 10.1111/clr.12070

Verket, Anders; Tiainen, Hanna; Haugen, Håvard Jostein; Lyngstadaas, Ståle Petter; Nilsen, Ola & Reseland, Janne Elin (2012). Enhanced Osteoblast Differentiation on Scaffolds Coated with TiO2 Compared to SiO2 and CaP Coatings.  Biointerphases.  ISSN 1559-4106.  7(36) . doi:10.1007/s13758-012-0036-8

Pullisaar, Helen; Verket, Anders; Szoke, Krisztina; Tiainen, Hanna; Haugen, Håvard Jostein; Brinchmann, Jan E.; Reseland, Janne Elin & Østrup, Esben (2015). Alginate hydrogel enriched with enamel matrix derivative to target osteogenic cell differentiation in TiO2 scaffolds . Journal of Tissue Engineering.  ISSN 2041-7314.  6 . doi: 10.1177/2041731415575870

Emneord: stillas, implantater, bein, Biomaterialer Av Hilde Zwaig Kolstad
Publisert 30. aug. 2016 15:29 - Sist endret 5. jan. 2017 15:41