English version of this page

Radikale metoder mot betente implantater

Molekyler som blant annet kan forårsake kreft kan få en ny, helsebringende rolle. Nå er forskere her ved fakultetet på sporet av hvordan «radikalene» kan tas i bruk til å hindre problemer rundt implantater og bidra til at de holder seg stabile.

Bilde av tenner i en munn, der den ene fortanna skulle stått er det et tomrom, og et implantat stikker synlig opp av tannkjøttet.
Tannimplantater er en stadig vanligere erstatning for tenner i Norge, men det er ikke alltid byttet blir uproblematisk. Illustrasjon: Colourbox.com.

Selv om tannleger anbefaler at vi beholder våre egne tenner så lenge som overhodet mulig, er det likevel tiltagende mange av oss som etter hvert må bytte ut en tann eller flere med implantater av titan. Det gjelder særlig for de eldre generasjonene.

Tannimplantater viser seg imidlertid ofte å bare være en delvis vellykket erstatning. Bakterier kan erobre området rundt implantatet. Det gjør at beinet det er festet i kan smuldre opp, og pasienten sitter igjen med et enormt behandlingsbehov og dårligere munnhelse enn i utgangspunktet. Og hvis det først blir betennelse i beinet omkring implantatet, er det stor risiko for at omfattende behandling og vedlikehold må til for at det skal bli friskt igjen, hvis det da blir friskt i det hele tatt. Som en følge, har forskning på ulike biomaterialer til bruk som implantater, og materialer til oppbygging av bein som feste for disse, rykket opp i front på det odontologiske forskningsfeltet.

Biofilm vil ta over implantatet

For at et implantat skal fungere tilsvarende en tann, er det helt avgjørende at implantatet får godt feste i kjevebeinet. Det innebærer at beincellene vinner over bakteriene i et «kappløp» om å erobre overflaten på implantatet, også kalt the race for the surface. Hvis beincellene vinner, har de gode vilkår for å gro og integrere implantatet stabilt og godt i kjevebeinet.

Det er likevel relativt vanlig at bakteriene vinner konkurransen. Da organiserer de seg i en biofilm; et tynt lag av bakterier på implantatet. – Biofilm er en smart måte for bakteriene å kolonisere overflater på, den gjør at bakteriene står sterkere sammen, forklarer David Wiedmer, stipendiat ved Det odontologiske fakultet, ved Universitetet i Oslo. Hvis bakteriene først får overtaket på implantatet på denne måten, er veien kort fram til betennelse, som igjen får store konsekvenser for pasientens helse.

Bakterieinfiserte implantater behandles vanligvis med antibiotika. – Når bakteriene organiserer seg i biofilm, er de likevel så vanskelige å ta knekken på at antibiotika ofte ikke gjør jobben. Med den store økningen av antibiotikaresistente bakterier som vi ser i tillegg, er det derfor et stort behov for å finne alternative behandlingsmåter, forteller Wiedmer, som opprinnelig er mekanisk ingeniør.

Dermed rettet han blikket mot radikalene. I sin reaktive natur, kan disse molekylene stresse bakteriene, noe som igjen kan framprovosere en antibakteriell effekt.

mikroskopbilde av bakterier på en implantatoverflate
Bakteriene har vunnet kappløpet for å erobre overflaten: De runde «dottene» er bakterier som har festet seg til en implantatoverflate. Wiedmers forsøk viste at de radikale molekylene kan bidra til å bryte opp bakteriene, og ha en antibakteriell effekt. Foto: ©OD,UiO/David Wiedmer.

Svært reaktive radikale molekyler

De frie radikale molekylene er reaktive fordi de bare har ett elektron i sitt ytterste skall. Derfor søker de stadig etter et annet elektron å reagere med. Mange kjenner radikalene som skadelige og sykdomsfremkallende molekyler, fordi de kan sette i gang endringer i DNA, som igjen kan skape mutasjoner og resultere i kreft. Wiedmers tese dreide seg om radikalenes reaktive egenskaper også kan brukes til å få has på bakterier.

Han tok utgangspunkt i en kjent kjemisk reaksjon, fotokatalyse: Når titandioksid (TiO2) blandes med vann og eksponeres for UV-stråler, for eksempel fra sollys, renses skitt «av seg selv», idet det brytes ned til vann og oksygen. Reaksjonen er blant annet den samme som når solceller blir brukt til å lage energi. Denne prosessen genererer frie radikaler.

TiO2 finnes også på tannimplantatene i munnen. De aller fleste implantater er av titan, og når titan kommer i kontakt med luft eller blod, som når de settes inn i munnen, skapes TiO2.

Mørk katalyse til behandling og forebygging

Det er likevel vanskelig å få til fotokatalysen på implantater, på grunn av det åpenbare problemet med å tilsette sollys til reaksjonen mellom TiO2 i implantatet og oksygenet i blodet, når alt skal foregå inne i kjevebeinet.

Derfor har Wiedmer undersøkt bakterielle infeksjoner ved implantater med en metode han kaller mørk katalyse: Ved å koble TiO2 med hydrogenperoksid (H2O2), i stedet for vann og sollys, får han nemlig den samme effekten som fotokatalysen. Når implantatet, dekket av et lag TiO2, tilsettes H2O2, frigjøres også frie radikaler – men denne gang i mørket.

Gitt radikalenes sterke antibakterielle egenskaper, testet Wiedmer ut mørk katalyse av TiO2 på to biomedisinske bruksområder. Det første var ved behandling av en eksisterende betennelse rundt et implantat. Det andre var den forebyggende effekten metoden kan ha på såkalte «stillaser», eller vekststativer, som settes inn i kjevebeinet for å få beincellene til å gro sammen og danne «nytt» bein.

Lovende, men vanskelig gjennomførbart

Wiedmer fant grunn til optimisme for å en dag kunne kontrollere de bakterielle infeksjonene som oppstår rundt tannimplantater, og i større grad kunne forhindre at de oppstår. Undersøkelsene viste at bruk av mørk katalyse i behandling av infeksjoner har en lovende effekt. Metoden skaper radikaler som bidrar til å bekjempe bakteriene.

Det kan også være grunn til å videreutvikle mørk katalyse som metode på stillaser som settes inn i kjevebeinet. Hensikten er at nytt bein skal kunne gro til på steder der det mangler, for at det skal være mulig å sette inn implantater. I sine undersøkelser fant Wiedmer at ved å behandle stillasene med mørk katalyse, bidrar radikalene til å forebygge at bakteriene koloniserer strategiske områder.

Blant annet gjennom å se på hvor raskt den kjemiske løsningen mistet sin blåfarge, kunne stipendiat David Wiedmer identifisere hvilke typer titandioksid (TiO2) som bidro til at bakteriene ikke kunne etablere seg i biofilm på implantater. Foto: ©OD,UiO/Margit Selsjord.

– At de forebygger er egentlig viktigere enn at de kan brukes i behandling av allerede eksisterende infeksjoner. Implantater som blir brysomme fordi det oppstår infeksjoner kan tross alt – i ytterste konsekvens – tas ut igjen. Men det kan man ikke gjøre med stillasene etter at beincellene har begynt å danne bein rundt dem, forklarer han.

Likevel står det mye arbeid igjen før mørk katalyse kan tas i bruk. Wiedmer fant ikke ut om radikalene faktisk også skader DNA’et i cellene, i samme prosess som de bekjemper bakteriene. – Jeg håper denne lite undersøkte måten å bruke radikalene på kan bidra til å finne alternative behandlingsløsninger til antibiotika. Selv om det fremdeles er en vei å gå, som må inkludere kliniske forsøk, har vi sett litt lys som kanskje kan ta oss ut av «mørket» gjennom dette prosjektet, sier Wiedmer med et blunk. 15. desember forsvarte han sin doktorgrad ved Institutt for klinisk odontologi ved Det odontologiske fakultet.

Wiedmers doktorgradsprosjekt er veiledet av Hanna Tiainen, postdoktor ved Avdeling for biomaterialer, Institutt for klinisk odontologi, UiO. Biveiledere på prosjektet har vært professor Håvard J. Haugen, også ved Avdeling for biomaterialer, og mikrobiolog Jessica Lönn-Stensrud, ved TTA – forskningsnettverk mot antibiotikaresistens, Oslo Universitetssykehus.   

Referanser

David Wiedmer, Einar Sagstuen, Ken Welch, Håvard J. Haugen and Hanna Tiainen.  Oxidative power of aqueous non-irradiated TiO2-H2O2 suspensions: Methylene blue degradation and the role of reactive oxygen species.  Applied Catalysis B: Environmental.  2016, 198, 9-15. Doi: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.05.036

David Wiedmer, Fernanda C. Petersen, Jessica Lönn-Stensrud and Hanna Tiainen. Antibacterial effect of hydrogen peroxide-titanium dioxide suspensions in the decontamination of rough titanium surfaces. Biofouling: The Journal of Bioadhesion and Biofilm Research 2017, Volume 33 – Issue 6, 451-459. Doi: https://doi.org/10.1080/08927014.2017.1322585

Emneord: implantater, Biofilm, fotokatalyse, antibiotikaresistens, Biomaterialer, Periimplantitis, titandioksid Av Hilde Zwaig Kolstad
Publisert 14. des. 2017 10:05 - Sist endret 9. jan. 2018 08:10