Når celler i kroppen bygger eller reparerer vev, vokser de i 3 dimensjoner (3D), det er derfor viktig å utvikle modeller som tillater humane celler å vokse slik også i laboratoriet.
– Målet med doktorgradsarbeidet mitt var å utvikle vevslignende 3D-cellemodeller med utgangspunkt i celler fra orale vev, som periodontalt ligament og bein, for bedre å forstå hvordan celler påvirkes av ulike stimuli, forklarer Maria Schröder.
Bioreaktorer og perfusjonsreaktorer i cellemodeller
3D-cellemodellen ble laget ved å bruke roterende bioreaktorer og perfusjonsreaktorer. En bioreaktor er en teknisk innretning som brukes i laboratorier og industriell produksjon for å dyrke og vedlikeholde levende celler eller mikroorganismer under kontrollerte og optimale forhold. I bioreaktoren kan man kontrollere viktige faktorer som temperatur, pH-verdi, næringsstoffer og oksygeninnhold, samt andre stimulerende faktorer, som mekaniske krefter. Når cellene roterer i løsningen i bioreaktoren, binder de seg til hverandre og bygger vevslignende strukturer av seg selv.
En perfusjonsreaktor er en spesiell type bioreaktor hvor organet eller cellene som skal dyrkes påvirkes av væskestrømmer. Slike væskestrømmer sikrer at cellene får en kontinuerlig forsyning av næringsstoffer, oksygen og at avfallsprodukter fjernes, tilsvarende som blod og lymfevæske gjør i kroppen.
– Oppsummert kan vi si at både bioreaktorer og perfusjonsreaktorer gjør det mulig for oss å etterligne det naturlige miljøet som cellene befinner seg i, forklarer Schröder. Disse modellene gir oss muligheten til å studere og identifisere f. eks. sykdomsmekanismer og effekter av behandlinger på en mer nøyaktig og detaljert måte.
Periodontitt
Sykdommen periodontitt karakteriseres av at det er en betennelse i det periodontale vevet rundt tannen. Om betennelsen får utvikle seg, kan den føre til at tannen løsner fra kjevebeinet. Det skjer som en konsekvens av at betennelsen har ødelagt vevet, og ført til tap av benmasse, slik at tannen ikke lenger har ordentlig feste, og dermed løsner.
– Men i tillegg til at man potensielt kan miste tennene, viser forskning at periodontitt kan ha en negativ effekt på den generelle helsen, sier Maria Schröder.
Kan du forklare det nærmere?
– Betennelse i tannkjøttet er smertefullt for pasientene, og kan i tillegg til å føre til tap av tenner også utløse en immunrespons i kroppen ved at de inflammatoriske signalene i tannkjøttet kan spre seg til resten av kroppen gjennom blodbanen, forklarer Maria Schröder.
Hensikten med doktorgradsarbeidet var altså å utvikle vevslignende 3D-modeller som kan bidra i kunnskapsbyggingen rundt hvordan vevene som angripes av sykdommen periodontitt kan repareres.
– Og mitt mål var å se om jeg klarte å lage forhold om gjør at cellene kan vokse slik de gjør i kroppen, forklarer Maria.
Vitaminer
Det finnes vitaminer som er kjent for å kunne påvirke beinvekst, og vitaminene D og K2 er blant disse. Dette er vitaminer som pasienter gjerne blir anbefalt å ta som næringssupplement. Hva slags effekt disse vitaminene hadde på vevsoppbyggingen ble undersøkt i 3D-modellene.
– Videre i arbeidet, så jeg på hvordan cellene reagerte på eksponering for vitamin D og K2, og om bare en av disse vitaminene eller begge sammen er mest fordelaktig for reparasjon og vekst av tapt vev, sier Maria Schröder.
Alene hadde de to vitaminene litt forskjellig effekt. I periodontale celler påvirket vitamin K2 kollagenproduksjonen, og strukturene som holder cellene sammen, mens vitamin D økte proteinfaktorer som stimulerer cellene til å danne bein.
– I den 3D-cellebasert beinmodellen fant man at vitamin D økte den mekaniske stivheten i beinlignende vev, mens K2 økte den mekaniske fleksibiliteten. Dette indikerer at tilskudd med både vitamin D og K2 kan bidra til å styrke beinstrukturen, sier Schröder.
Mekanisk påvirkning
Men det var også andre forhold som ble studert i modellene.
– Når vi tygger mat påvirkes ikke bare tennene, men også alt vevet rundt dem for mekanisk påvirkning, forklarer Maria. I tillegg til vitaminene kunne vi også i våre modeller studere mekanisk påvirkning, som for eksempel bevegelse og trykk. Målet var å undersøke hvordan disse stimuliene påvirket cellene og deres funksjoner.
Alt i alt gir denne avhandlingen verdifulle innsikter i hvordan man kan lage laboratoriemodeller til å studere sykdomsmekanismer, effekter av medikamenter eller hvordan celler/vev kan stimuleres til å vokse. Det er et viktig bidrag til den videre forskningen på periodontitt, og kan brukes i utviklingen av mer effektive behandlinger i fremtiden.