Artikkel

– Kunstige mikro-organer får selv erfarne forskere til å gispe av overraskelse

Maria Schüller, Ann Lin og Lars Jakob Bakketeig
Maria Schüller, Ann Lin og Lars Jakob Bakketeig gjenskaper prosesser i menneskekroppen i mikroformat. Foto: Bjarne Røsjø/UiO Bruk bildet.

– Kunstige mikro-organer får selv erfarne forskere til å gispe av overraskelse

Teknologien som kalles «organ on chip» åpner muligheter for sikrere klinisk testing av nye medisiner, redusert bruk av dyreforsøk og kanskje til og med dyrking av kunstige organer i verdensrommet. UiO rekrutterer unge forskere som skal jobbe med en av verdens mest spennende fremtidsteknologier i mange år framover.

Fra venstre: Stefan Krauss,
Organ on a chip-forskere: Fra venstre Stefan Krauss, Maria Schüller, Ann Lin, Astrid Hermansen, Ago Mrsa, Lars Jakob Bakketeig og Steven Wilson. Foto: UiO

– Denne teknologien er bare i startfasen, men jeg kan allerede nå slå fast at dette er det mest spennende forskningsfeltet jeg noensinne har jobbet med. På møter og konferanser er det helt vanlig at tilhørerne gisper av overraskelse når en ny foredragsholder presenterer prosjekter eller resultater fra arbeider med «organ on a chip», forteller førsteamanuensis Steven Wilson ved Kjemisk institutt på UiO.

Wilson er ikke alene om å mene at denne teknologien, som ennå ikke har fått et norsk navn, mn betyr "organer på en brikke", er spennende og fremtidsrettet. Da Verdens økonomiske forum hadde møte i Davos i 2016, plasserte de «organ on a chip» blant verdens ti viktigste voksende teknologier, eller emerging technologies som det heter på engelsk. Man kan kritisere rikfolkene som samles i Davos en gang i året for litt av hvert, men akkurat sånne ting har de greie på.

Ny forståelse av kroppens organer

Organ on a Chip: Liten brikke med store muligheter
Mikrofysiologiske systemer og "organer på en brikke" kan simulere deler av prosessene i menneskekroppens organer. Chip-konstruksjon og foto: Neil Convery og Nikolaj Gadegaard,  University of Glasgow

– Denne teknologien kan bidra til en helt ny forståelse av kroppens organer og hvordan ulike behandlingsformer virker. Hos oss fokuserer vi på å gjenskape aspekter av kroppens stoffskifteprosesser i brikkene og teste hvordan prosessene responderer på medisinsk påvirkning. Det er rimelig å tro at noen av de første praktiske anvendelsene og kommersialiseringene kommer på dette området, forteller professor Stefan Krauss ved UiOs Institutt for medisinske basalfag.

Stefan Krauss leder et Senter for fremragende forskning (SFF) som heter Senter for biohybridteknologi. Senteret jobber med «organ on a chip» -teknologi og det som kalles mikrofysiologiske systemer. Dette handler kort fortalt om å utvikle små brikker som er utstyrt med kanaler for væsketransport, sensorer og deler av kunstig differensierte organer.

Målet er at brikkene skal  kunne simulere aspekter av det som foregår i organer eller i deler av organer. Brikkene skal også kunne simulere den kommunikasjonen som foregår mellom organene, både i den friske menneskekroppen og under sykdom.

Færre forsøk med dyr og mennesker

Senter for biohybridteknologi

  • Senter for biohybridteknologi ved UiOs medisinske fakultet er et tverrfaglig Senter for fremragende forskning (SFF) med en tiårig (5+5) bevilgning fra Norges forskningsråd på kontoen.
  • Senteret er en del av UiOs satsing på livsvitenskap – UiO:LifeScience.
  • Olav Thon-stiftelsen har bevilget midler som blant annet finansierer studentenes reiser til internasjonale konferanser. 

Nye legemidler og behandlinger blir som regel først testet i laboratoriet; deretter i dyreforsøk og til sist i kliniske tester med mennesker før de kan bli godkjent. Stefan Krauss ser for seg at «organ on a chip»-teknologien kan skape fremskritt i alle disse tre stadiene.

– Et viktig aspekt er at teknologien kan sette oss i stand til å finne svar på spørsmål vi ellers ikke kan finne svar på med hjelp av cellekulturer og dyremodeller. Vi har blant annet stor tro på at denne teknologien kan redusere behovet for dyreforsøk, selv om vi neppe kan eliminere behovet for dyreforsøk helt, sier Krauss.

– Vi ønsker også å bruke «organ on a chip»-teknologien til å finne svar på hvordan et nytt medikament vil virke i forskjellige menneskekropper før vi begynner med den kliniske testingen. Vi har allerede tilgang til genetiske analyser og flere andre såkalte prediktive verktøy, og i kombinasjon med disse håper man at «organ on a chip» kan bidra til å gjøre de kliniske prøvene mer prediktive og vellykkede, tilføyer han.

– En dyremodell eller en samling av celler i en «flaske» i laboratoriet kan aldri gi en fullgod representasjon av hvordan en medisin virker på et virkelig dyr eller en menneskelig pasient. Derfor er det bruk for tilleggsmodeller som kan gjøre utviklingen av nye medikamenter og persontilpasset medisin raskere og mer treffsikkert, supplerer Steven Wilson.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi? Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Organer i verdensrommet

Jan Helge Solbakk er lege, teolog og professor i medisinsk etikk ved Universitetet i Oslo.
Professor Jan Helge Solbakk deltar i prosjektet og fokuserer på de etiske og filosofiske perspektivene. Foto: Anbjørg Kolaas Bruk bildet.

Teknologien er som sagt i startfasen, og mulighetene stopper ikke ved utviklingen av nye behandlinger.

– Amerikanske forskere har allerede gjort forsøk med å bringe teknologien ut i verdensrommet. Det er ganske kult for forskere å gjøre ting sammen med NASA, og jeg ser to motiver bak den ideen. Det første motivet er at hvis menneskene skal kolonisere verdensrommet, må vi vite mer om hvordan organene våre reagerer på lav tyngdekraft, forteller Krauss.

– Men det andre motivet er kanskje viktigere: Flere forskergrupper undersøker nå om det for eksempel går an å dyrke kunstige organer i verdensrommet, på en bedre måte enn vi klarer her på jorda. Grunnen er at cellene samler seg på en annen måte uten tyngdekraft, tilføyer han.

Men ny teknologi skaper ikke bare muligheter – den kan også skape nye utfordringer. Det siste tiåret har gitt oss en rekke nye teknologier – CRISPR, kunstig intelligens, kunstige organer osv. – som åpner nye, fascinerende muligheter.

– Men da blir det også viktig å tenke grundig over de etiske og filosofiske perspektivene. Dette er problemstillinger som også andre universitetsmiljøer bør engasjere seg i, som humanistene og samfunnsviterne. Jeg er derfor svært glad for at vi har flere samarbeidspartnere med kompetanse på de områdene, sier Steven Wilson – og viser til at den internasjonalt profilerte filosofen og etikeren professor Jan Helge Solbakk er tilknyttet prosjektet.

Satser på unge forskere

Organ on a Chip: Liten brikke med store muligheter
Organ on a chip-teknologien kan i fremtiden brukes til å undersøke hvordan et nytt medikament virker i menneskekroppen før den kliniske testingen  begynner. Chip-konstruksjon og foto: Neil Convery og Nikolaj Gadegaard,  University of Glasgow.

Senter for biohybridteknologi og UiOs livsvitenskap-miljø arrangerte 12. februar et symposium for ca. 150 deltakere som skulle diskutere den siste utviklingen innen «organ on a chip»-teknologi og mikrofysiologiske systemer. Den faglige delen var viktig nok, men ifølge Stefan Krauss og Steven Wilson var det enda viktigere at symposiet blir en møteplass for unge forskere som får anledningen til å etablere nettverk med hverandre.

Det var de unge forskerne selv som organiserte møteplassen, ledet av Frøydis Sved Skottvoll. Hun har bygd opp et nettverk med unge forskere i Sverige, Finland og Danmark. Det ungdommelige symposiet inkluderte blant annet en seanse med vitenskapelig speed-dating.

– Dette er jo et svært tverrfaglig felt som kombinerer en rekke ulike teknologier som nano-sensorteknologi, visualisering, mikrovæsketeknologi, stamcelle-teknologi, utviklingsbiologi, kjemisk biologi, bioinformatikk og etikk. Derfor er det viktig å bli kjent med hele feltet og undersøke nye muligheter for samarbeid, sier Frøydis Sved Skottvoll.

– Dette er jo en fremtidsteknologi, og da er det ekstremt viktig at unge forskere treffer andre unge forskere. Det er jo de forskerne som er ferske i faget i dag, som kommer til å være «top dogs» om noen år, tilføyer Wilson.

– Jeg tror det er ganske unikt at vi jobber proaktivt med å involvere studenter allerede på bachelor- og masternivåene. De som kommer til oss for å studere «organ on a chip» blir kastet rett ut i det og skal snart skrive vitenskapelige artikler sammen med doktorgradskandidater, postdoktorer og professorer, varsler han.

Et tverrfaglig felt

Speed-dating under årets konferanse
 Symposiet for unge organ on a chip-forskere inkluderte blant annet en seanse med vitenskapelig speed-dating.Foto: Sean Harrison, UiO. Bruk bildet.

De unge forskerne som er samlet i et møterom på Kjemisk institutt for å snakke om «organ on a chip», illustrerer hvor mangfoldig den nye teknologien er. Kjemikeren Maria Schüller prøver ut metoder som allerede brukes til å analysere proteiner og håper at de skal kunne tilpasses på små kunstige organer – organoider – og tilpasses til OOC-teknologien. Fulbright-stipendiaten Ann Lin ved det medisinske fakultetet har kommet fra USA til Oslo for å bruke det neste året til å undersøke stressresponser og andre fysiologiske responser i de kunstige mikroorganene.

Bachelor-studenten Lars Jakob Bakketeig begynte egentlig å studere analytisk kjemi, men så snakket han med Frøydis Sved Skottvoll og professor Elsa Lundanes om den fremadstormende biohybrid-teknologien.

– Først skjønte jeg ingenting, men så ble jeg revet med! Denne forskningen genererer store mengder data som må lagres i databaser og hentes fram igjen, og jeg skal utvikle metoder som kan brukes til det arbeidet. Mitt arbeid blir en slags blanding av kjemi og programvareutvikling, forteller Bakketeig.

Mange teknikker, mange ekspertiser

Forskere og studenter ved Senter for biohybridteknologi eksperimenterer også med blockchain-teknologi for datahåndtering og lagring. Arbeidet veiledes av professor Simon Rayner ved Oslo Universitetssykehus.

Ida Johansen ved Senter for biohybridteknologi har gått rett inn i «organ on a chip»-forskning etter masteroppgaven og dyrker nå stamceller som differensieres til organoider. Andre forskere jobber med lever-organoider, adipocyter, karmodeller og insulinproduserende celler. Miljøet er veldig internasjonalt med stipendiater og forskere fra Norge, Tyskland, England, Finland og Mexico. Postdoktoren Shadab Abadpour har kommet fra Iran til Norge for å jobbe med Hanne Scholz, som leder en gruppe innen transplantasjonsbiologi.

Også professor Ørjan Martinsen ved Fysisk institutt er tungt inne i organ on chip-satsingen.

 Vår plan er å bruke elektriske metoder både for å manipulere og karakterisere celler og organoider. Her samarbeider vi med professor Philipp Häfliger på IFI og vår felles PhD student Steffen Nøvik om å utvikle en liten CMOS -chip som kan gjøre dette. Karakteriseringen kan gjøres med spektroskopi eller tomografi, og når det gjelder manipuleringen har vi planer om å teste ut både elektriske og akustiske metoder. Det er førsteamanuensis Helge Balk som skal hjelpe oss med de akustiske metodene, forteller Martinsen. 

UiO:Livsvitenskap har også finansiert et tverrfaglig konvergensmiljø rundt teknologien, med fokus på sensorteknologi og miniatyriserte massespektrometri-løsninger.

Kontaktpersoner:

Professor og senterdirektør Stefan Krauss, Institutt for medisinske basalfag

Førsteamanuensis Steven Wilson, Kjemisk institutt

Mer informasjon:

UiO:Life Science: Nordic Organ on a Chip Symposium. Feb 12 2019.

Christopher Austin: Tiny organs in orbit. Scientific American, February 4 2019.

Adrienne LaFrance: A Human Placenta, the Size of a Computer Chip. The Atlantic, June 18 2015

H2020 Orchid.eu: European Organ-On-Chip Society launched.

Les mer om livsvitenskap på Titan.uio.no:

Tags: 

Les også

Thorium er kåret til Norges nasjonalgrunnstoff

Thorium er Norges nasjonalgrunnstoff

Oppkalt etter den norrøne guden Tor. Oppdaget i et mineral fra Norge. Store norske forekomster og muligens løsningen på fremtidens energibehov.