Medisinsk utstyr og andre apparater kan snart være laget av intelligente materialer som kan skifte form med teknikker kjent fra den japanske papirkunsten origami.

Kinesiske forskere har funnet opp et nye type polymer som bretter seg til den ønskede form når det blir utsatt for en relativt liten temperaturstigning.

Det spesielle ved materialet er at man kan vri, strekke eller prege det igjen og igjen, slik at det kan brette seg på helt nye måter – uten å støpe det om.

Et flatt stykke kan altså preges med et origamimønster, slik at det kan brette seg til en fuglefigur – og tilbake igjen. I neste runde kan det brette seg til en båt. Deretter en vindmølle. Og slik kan man fortsette.

– Systemet vårt gjør det mulig å manipulere polymerfigurer på måter som stort sett bare fantasien setter grenser for. Det bør føre til mange muligheter for innovasjoner, skriver de kinesiske forskerne i den vitenskapelige artikkelen i tidsskriftet Science Advances.

– Hvorfor fikk ikke jeg den ideen?

Kinesernes fremgangsmåte er både smart og enkel, mener kjemiingeniør Anne Ladegaard Skov, som selv forsker på polymerer.

– Det er en studie hvor man sitter med tanken: Hvorfor fikk ikke jeg den ideen?, sier Skov, som er førsteamanuensis ved institutt for kjemiteknikk ved Danmark Tekniske Universitet.

Usedvanlig kombinasjon

Kineserne klarte å koble to normalt helt atskilte egenskaper – plastisitet og elastisitet.

• Plastisitet er et materiales evne til å anta en ny permanent form. Det skjer for eksempel når vi former leire.
• Elastisitet gjør at et materiale kan endre form midlertidig. Det kjenner vi fra for eksempel gummistrikk.

Forskerne utnytter plastisiteten til å stemple overflaten med et bestemt mønster. Det avgjør hvordan materialet skal brette seg. Mønsteret er altså origamioppskriften.

Når den permanente formen er fastlagt, er det materialets elastisitet som får materialet til å brette seg. Det skjer når temperaturen stiger. Når den faller igjen, får materialet sin opprinnelige form tilbake.

– De to teknikkene er velkjent, men forskerne har klart å kombinere dem. Så det er egentlig veldig stilig, sier Skov.

Lett å arbeide med

Denne typen polymer, som kan brette seg på forutbestemte måter, kalles på engelsk en shape memory polymer.

Vanligvis må de støpes om for å kunne brettes seg på en ny måte. Det gjør at materialet mister sin gamle form. Med det nye materialet er ikke det nødvendig.

Materialet er også veldig robust, slik at det kan brettes mange ganger uten at det tar skade. Dessuten er det enkelt å arbeide med, noe som gjør at det kan bli tatt i bruk i praksis.

Intelligent materiale uten elektronikk

Videnskab.dk har tidligere skrevet om at apparater som kan skifte form etter origamioppskrifter, blir en del av fremtidens teknologi. For eksempel har forskere skapt en robot som kan montere seg selv.

I slike apparater vil det være nyttig med såkalt smarte eller intelligente materialer. Typisk er slike materialer avhengig av elektronikk. Men kinesernes materiale krever altså bare litt varme.

– Vi begynner å nærme oss det materialer som handler uten styringssystemer og slike ting. Det er rene polymerprodukter med en viss form for intelligens, sier Anne Ladegaard Skov.

Kan brukes i roboter og blodårer

De kinesiske forskerne forestiller seg at materialet kan brukes til ny teknologi på mange områder, for eksempel luftfart og biomedisinsk utstyr.

Anne Ladegaard Skov nevner at roboter og droner kan bli lettere hvis plastmaterialer kan oppføre seg intelligent uten å bli styrt av elektronikk.

Ved sykehus kan en liten strimmel av formskiftende polymer bli innført i blodåren på en pasient med en blodpropp. På grunn av kroppsvarmen vil strimmelen brette seg ut og bli til et rør som utvider blodåren.

I første omgang regner hun med at slike materialer vil bli brukt som temperatursensorer.

– I radiatorer har man for eksempel elektronikk som måler temperaturen. Men man kunne jo ha plast som lager en åpne- og lukkemekanisme når radiatoren når en gitt temperatur. Da blir det ikke nødvendig med et batteri i radiatoren. Åpne-lukke-mekanismen tror vi snart vil finne i virkelige produkter, sier Skov.

Referanse:

Qian Zhao, Weike Zou, Yingwu Luo og Tao Xie: Shape memory polymer network with thermally distinct elasticity and plasticity. Science Advances, januar 2016. DOI: 10.1126/sciadv.1501297. Sammendrag.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Palmeoljekoblingen til norsk diesel kommer til tross for at Norge følger EUs direktiv for bærekraft som skal bidra til å redusere klimautslippene fra blant annet transportsektoren. Direktivet forbyr bruk av olje fra tropisk skog som miljøvennlig tilsetning i diesel.

– Teknisk sett er ikke tilsetningsstoffet palmeolje. Det er et oljeholdig restprodukt fra produksjonen. Det ser derfor ut som en «ren avtale» på papiret, men i praksis støtter vi produksjonen av palmeolje som fortrenger regnskog når vi kjøper dette produktet, sier forskningssjef Petter Røkke i SINTEF.

Det skorter verken på tilgjengelighet eller rimelige priser på dette biproduktet, som benyttes i store kvanta som «grønn» tilsetning i drivstoff i hele EU.

Det finnes alternativer

Men ifølge Røkke finnes det alternativer til miljøverstingen: 75–80 prosent av det biodrivstoffet som tilsettes i norsk drivstoff, kommer riktignok fra produksjon av palmeolje, men den resterende biten gjør det ikke.

For eksempel kommer ikke biodrivstoff som blandes i jetdrivstoff på Gardermoen fra palmeoljeproduksjon. Dette har vært et viktig prinsipp for Avinor, som bruker annet organisk avfall, blant annet brukt frityrolje.

Nylig kom Air BP (British Petroleum) med et nytt bio-jetdrivstoff som er basert på olje fra planten camelina og produsert gjennom et EU-prosjekt for biodrivstoff til luftfarten. Neste leveranse vil etter all sannsynlighet være basert på brukt frityrolje eller en blanding av frityr- og planteolje, ifølge forskningssjefen.

– Det er ikke spor av palmeolje i jetdrivstoff på Gardermoen. Samtidig har Statkraft og Sødra etablert selskapet Silva Green Fuel som skal etablere et pilotanlegg for produksjon av andregenerasjons biodrivstoff.

– Det vil være basert på bærekraftige råstoff, som biprodukter fra skogsdrift eller avfallsprodukter som ikke inneholder olje eller sukker. Anlegget beregnes å være i full drift i 2020, mens teknologi for produksjon av andregenerasjons biodrivstoff skal være på plass innen to år, sier Røkke.

Han mener dette viser at norske aktører faktisk er i forkant og går i bresjen for både utvikling og demonstrasjon av at det er mulig å benytte alternativer. Teknologiene finnes, men kommersialiseringen krever politisk drahjelp fordi disse i dag ikke er konkurransedyktig prismessig.

Roser politikerne

Røkke mener allikevel at regjeringen fortjener ros for initiativet til å følge EU-direktivet for innføring av biodrivstoff i transportsektoren.

– Dette har de klart å iverksette under en stram tidsplan. Det er klart at politikerne våre går ut fra at det fører til mer bærekraft når de følger et bærekraftdirektiv. Det som har kommet fram nå, er at kriteriene for bærekraft ikke tar høyde for at «ikke-bærekraftig» biodrivstoffproduksjon kan støttes gjennom salg av biprodukter.

– Biprodukter og avfallsprodukter er i utgangspunktet bærekraftige råstoff, men ikke når de kommer fra klimaskadelig produksjon, som i dette tilfellet er palmeolje.

– Det viktige blir nå å ta tak i fakta for å skape endring i EU-systemet, blant annet med å synliggjøre alternativene som finnes til billig restråstoff fra palmeolje, sier forskningssjefen.

Førstegenerasjon biodrivstoff blir ikke bærekraftig

– Det norske politikerne bør merke seg er at førstegenerasjons biodrivstoff og palmeolje især ikke kan regnes som en bærekraftig løsning fordi det fortrenger regnskog og jordbruksarealer som kan benyttes til matproduksjon. Spesielt hvis de benyttes i store kvanta. Hovedkilden for biodrivstoff er i dag avfall fra palmeoljeproduksjon.

– På grunn av svært lav kostnad og god tilgjengelighet vil det også være store sjanser for at dieselleverandørene velger det som er billigst som tilsetting i sine produkter.

– Dette er fakta som klima- og miljøminister Vidar Helgesen bør ta med seg til bordet når han reiser til Brussel for å ta opp problemet, som han lovte til NRK, sier Petter Røkke. 

Tidligere romsonder har oppdaget metan i atmosfæren på vår røde naboplanet, men mengden av metan varierer mye gjennom året. Dermed er forskerne ikke sikre på om metanet skyldes mikroorganismer i eller under overflaten eller en form for geologisk aktivitet.

Det skal den europeiske banesonden Trace Gas Orbiter (TGO) i romprosjektet ExoMars 2016 finne ut av. TGOs instrumenter vil måle gassene i Mars-atmosfæren tre ganger mer nøyaktig enn noen tidligere romsonde.

Mengden metan, men også vanndamp, nitrogenoksider, svoveldioksid, hydrogensulfid, acetylen, etylen, etan, karbonmonoksid, oksygen, ozon, og andre sporgasser, skal undersøkes.

Økt kunnskap om sporgassene i atmosfæren på Mars vil si mye om planetens geologiske historie og dens mulige biologiske og geologiske aktivitet.

Ny modul for Mars-landinger

Med seg i lasten har TGO en 600 kilo tung modul som heter Schiaparelli, en testplattform for landing av rovere og romfartøy på Mars. Modulen bruker atmosfæren, fallskjerm og rakettmotorer til å bremse seg selv opp fra 21 000 kilometer i timen til mindre enn 5 kilometer i timen.

Når Schiaparelli så svever to meter over bakken, vil den lande med et spesielt underlag bygget inn i modulen.

Landingen skjer på Meridani Planum nær ekvator på Mars, et område med geologiske formasjoner som kan være dannet av eller i vann og som derfor er meget interessant for forskerne. Schiaparelli skal også samle inn data om atmosfæren under landingen og foreta målinger på landingsstedet.

I 2018 skytes ExoMars-prosjektets rover opp til Meridani Planum. Roveren har blant annet en norsk georadar for å lete under overflaten etter tegn til vann og liv. Men denne roveren er bare begynnelsen. Senere skal en prøve fra Mars sendes tilbake til jorda, som igjen kan føre til at astronauter lander på vår røde naboplanet.

– Selv om de to planlagte ExoMars-ferdene ikke er bemannet, vil de lede frem til en bemannet ferd til vår røde naboplanet en gang i fremtiden, sier Marianne Vinje Tantillo, fagsjef for romforsking og utforskning ved Norsk Romsenter.

Hun er også norsk representant i den europeiske romorganisasjonen ESAs programkomité for bemannet romfart.

– Vi p synes det er veldig flott å se at enestående norsk teknologi og kompetanse blir med ikke bare på ESAs forskningsprosjekter, men også på veien til Mars, sier Tantillo.

Norsk teknologi styrer solcellepanelene

Kongsberg Defence & Aerospace har levert teknologi til den nye Mars-sonden.

– Dette er elektronikk som styrer solcellepanelene slik at de står i riktig posisjon og overfører strøm fra panelene til romsondens batterier, sier Ole Fiskum, leder for romaktivitetene i Kongsberg Space.

Bedriften har levert liknende teknologi til flere av ESAs romsonder, som Mars Express og Venus Express, den kommende solsatellitten Solar Orbiter og Merkur-sonden BepiColombo, samt miljøsatellittene Sentinel-1 og Sentinel-3.

Nå står de nye europeiske værsatellittene MetOp Second Generation for tur som neste store prosjekt.

Det hele begynte med kometsonden Rosetta og en produktstrategi utviklet i 1997 som gjorde at det norske selskapet vant kontrakt på dette store romprosjektet.

ExoMars 2016 er et russisk-europeisk samarbeid. TGO og Schiaparelli skytes opp med en russisk Proton-bærerakett fra rombasen i Bajkonur i Kasakhstan mellom 14. og 25. mars 2016. De to romfartøyene vil være fremme ved Mars i oktober 2016.

Se video fra Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA):

– Dette er snømaskinen vår, sier Alex Klein-Paste, forsker ved Institutt for bygg, anlegg og transport ved NTNU.

Ved siden av kassen på størrelse med et lite kjøleskap, står et vannbad og ei vifte. Vifta blåser fuktig luft inn i kassen som er full av fiskesnører med snø på.

– Her lager vi helt ekte snø. Snø er vanndamp som går direkte over til fast form uten å være flytende først. På lab’en her lærer vi mer om hvordan vann fryser og hvordan vi for eksempel kan lage mer effektive snøkanoner.

Snøgaranti er målet

Sammen med forskere fra flere andre miljøer ved NTNU jobber han med løsninger for hvordan vi kan gå på ski også i framtida. I første omgang er målet å kunne gi en snøgaranti til VM-søkerbyen Trondheim om 5 år.

Akkurat nå er det mer enn nok snø i løypene i Granåsen, men i relativt nær framtid blir det lite snø i kystnære strøk i Sør-Norge, ifølge rapporten Klima i Norge 2100.

I dag er Terje Wenaas på besøk i lab’en. Han jobber spesielt med å modifisere snøkanonene i Granåsen. Målet er å klare å produsere kunstsnø i tre minusgrader. Da får vi omtrent dobbelt så mange dager med snøproduksjon som vi har i dag.

– I dag trenger vi minus seks for å bruke snøkanonene. Vi ønsker å finne måter å produsere kunstsnø på som både er billige og så miljøvennlige som mulig, sier Terje Wenaas.

På snølab’en får han hjelp til å finne ut hvilke vannkvaliteter som lettest fryser.

– Vi kan ta vann fra flere steder til snøproduksjonen vår. Testene her på snølaben viser for eksempel at vann med leirepartikler fryser veldig lett.

– Krampetrekning

Leder i Norges Naturvernforbund, Lars Haltbrekken, sier det å produsere kunstsnø for å redde skiløypene fra framtidas varme og våte klima, er en krampetrekning.

– Vi er i ferd med å ødelegge vinteren. Å produsere snø, eller enda verre ha innendørshaller, koster energi og utslipp. Det vil bare akselerere endringene.

Han mener vi heller burde konsentrere oss om å kutte klimautslipp og håpe vi kan berge det lille som er igjen av vinteren.

– Snøen som blir borte er dessverre den aller tristeste konsekvensen av klimaendringene.

Bjørn Aas, ved Senter for idrettsanlegg og teknologi ved NTNU, tror vi uansett må endre forventningene til skiopplevelsen.

– Vi må nok i framtida tåle at langrenn i mye større grad enn i dag vil være basert rundt selve skiarenaen, og at snøen vi lager løyper av enten er produsert, eller er snøen som falt i fjor og kanskje lagret i en stor haug over sommeren.

Det begynner å bli noen år siden vi så smått begynte å bli i stand til å redigere gener, altså forandre en organismes DNA.

Nå står vi på terskelen til noe som kan vise seg å bli et genterapi-paradigmeskifte – før og etter CRISPR.

CRISPR gjør oss i stand til å redigere gener mer nøyaktig, mer effektivt, og langt billigere, og Bioteknologirådet har nylig bestemt at de vil tillate norske forskere å endre gener i menneskeembryo.

Men hvordan fungerer det egentlig?

Årets gjennombrudd

CRISPR-teknologien ble, av Science, kåra til årets vitenskapelige gjennombrudd i 2015. Teknologien ble nominert i samme kåring både i 2012 og 2013, og den mildt sagt omstridte genmanipuleringa av menneskeembryo i Kina var med på å sørge for topplassering i fjor.

For å skjønne hvordan dette egentlig fungerer må vi starte med bakterier, nærmere bestemt med bakteriers immunforsvar. CRISPR er nemlig ikke noe vi har kommet på selv, vi har funnet det i naturen.

• Les også: Genterapi kåret til årets gjennombrudd

CRISPR, som står for clustered regularly interspaced short palindromic repeats, ble oppdaga på åttitallet da forskere la merke til et pussig mønster i genomet til E.coli-bakterier. Nøyaktig likedanne DNA-sekvenser med de samme 29 basene dukka opp med jevne mellomrom. Mellomrommene bestod alltid av 32 baser, men det eneste disse hadde til felles var nettopp dette – antallet baser.

Forskerne skjønte på dette tidspunktet ikke hva det var de hadde sett. Og selv om de – godt hjulpet av teknologiske framskritt knytta til DNA-sekvensering – fant massevis av lignende mønstre i forskjellige mikrober gjennom hele nittitallet, var det ikke før tidlig på 2000-tallet at gjennombruddet kom.

Først, i 2002, oppdaga Ruud Jansen ved Utrecht University Cas-enzymer (CRISPR-associated proteins), som alltid var i nærheten av CRISPR-sekvensene.

– Dette enzymet har en evne til å klippe DNA, det kan gjenkjenne og fjerne helt spesifikke sekvenser, forklarer Arne Klungland, professor i molekylærmedisin ved UiO, til NRK.

– Brikkene falt på plass

På dette tidspunktet var det ingen som skjønte hvorfor dette enzymet hadde denne egenskapen, de forsto heller ikke hvorfor de alltid var å finne like ved CRISPR-sekvensene. Tre år senere kom oppdagelsen som gjorde sammenhengene tydelige.

Flere uavhengige forskergrupper oppdaga at mellomrommene mellom CRISPR-sekvensene så ut som virus-DNA, nærmere bestemt DNAet til virus som angriper bakterier.

– Da falt brikkene på plass, forteller evolusjonsbiolog Eguene Koonin til Quanta Magazine.

Han framsatte ei hypotese om at kombinasjonen CRISPR/Cas var en forsvarsmekanisme som bakterier brukte i kampen mot virus, og i dag vet vi at Koonin hadde rett.

• Les også: Mikro-RNA – Kroppens dirigenter

Bakterienes forsvarstriks går altså ut på at de tar DNA-deler av virus som angriper og bevarer det i sitt eget DNA. På denne måten bygger de opp et kartotek over fiendtlige virus.

Så kopieres DNA-informasjon om det enkelte viruset inn i et RNA-molekyl. Det tidligere nevnte cas-enzymet tar med seg RNA-molekylet rundt i cella på jakt etter virus, og hvis det finner en DNA-sekvens som stemmer overens med det lagra virus-DNAet, fester RNAet seg til denne.

På denne måten får cas-enzymet beskjed om at noe er uønska og klipper det nyoppdaga virus-DNAet i to, for på den måten å forhindre det i å duplisere seg og dermed forårsake en infeksjon. Kanskje ikke helt enkelt, men definitivt genialt.

Billig og effektiv

I 2012 oppdaga Jennifer Doudna og kollegaene hennes ved University of California at vi kunne dra nytte av CRISPR-teknologien som bakterier har brukt med hell i millioner av år.

De konsentrerte seg om cas9-enzymet, et av mange forskjellige cas-enzym. Akkurat dette kommer fra Streptococcus pyogenes, bakterien som gir oss streptokokker.

Forskergruppa fant ut at de kunne gjøre som bakteriene: Å gjennom en RNA-guide gi Cas9 beskjed om hvor i DNAet det skal klippe. Der man tidligere har måttet designe et helt protein for å gjenkjenne en spesifikk DNA-sekvens kan man nå lage en liten bit RNA som gjør akkurat samme jobb.

Hullet fyller man med nytt DNA. Det kan enten være fra en donor, eller det kan være syntetisert. Da fôrer man genet som skal repareres med tusenvis av identiske DNA-biter, og håper at en av dem fester seg.

Dermed kan man, i teorien, redigere nøyaktig hvor man vil kutte og endre DNAet, i de celletypene man ønsker, i planter, dyr, eller mennesker.

• Les også: Frykt og håp rundt ny genteknologi

For å påpeke det åpenbare: Denne typen genredigering er selvfølgelig særdeles omdiskutert, særlig når det kommer til bruk på mennesker. Men vi sparer etikkdiskusjonen til en annen artikkel.

– Det som er så spesielt med CRISPR er at det fungerer like effektivt i alle organismer, og du kan forandre mange gener samtidig, forklarer Klungland.

I tillegg er den, sammenligna med andre metoder for å redigere gener, svært billig og ekstremt effektiv. Den er også enkel og tilgjengelig, har du molekylærbiologiforståelse på universitetsnivå kan du greit lære deg hvordan det fungerer. RNA-guider kan du designe og bestille på nettet.

Du kan altså både klippe og lime i allerede eksisterende gener, gjerne på tvers av arter, for eksempel flytte en DNA-sekvens fra en fisk til et menneske eller omvendt. Ellers kan du syntetisere DNA-sekvensen selv, lage den som du vil ha den.

Klungland påpeker at det likevel fortsatt er mange begrensninger.

– Det er lett å bruke metoden på celler som dyrkes i laboratoriet og på ei befrukta eggcelle. Det er noe helt annet å for eksempel skulle gjøre noe med alle cellene i lungene til et menneske.

Hva nå?

Kinesiske forskere prøvde seg i fjor på å bruke CRISPR/cas9-metoden på ikke-levedyktige menneskeembryoer. De ville redigere genet som forårsaker den arvelige blodsykdommen betatalassemi.

Forskerteamet injiserte enzymet i 86 embryoer, men kun 28 fikk DNAet skjøta med hell. Bare en brøkdel av dem igjen fikk endra sykdomsgenet.

• Les også: Mutanthund med dobbel muskelmasse skapt av genforskere

I Kina har de også endra gener hos hunder og griser, beaglen Tiangou fikk for eksempel større muskelmasse – helt uten å trene.

Nå har også britiske forskere fått klarsignal for å endre gener i menneskeembryo, og i Norge har flertallet i Bioteknologirådet altså sagt at de vil tillate det samme her til lands.

Teknologien finnes. Nå gjenstår det bare å se hvordan vi kommer til å bruke den.

Kilder:

Breakthrough DNA Editor Borne of Bacteria i Quanta Magazine

På vei mot det genmodifiserte mennesket?, Bioteknologirådet

Everything You Need to Know About CRISPR, the New Tool that Edits DNA,Gizmodo

Afrikansk svinepest er en svært smittsom virussykdom. Den rammer ikke mennesker, men fører til alvorlig sykdom og død for vanlige griser. 

Afrikanske vortesvin og busksvin lar seg derimot ikke affisere. De blir smittet, men viser ingen tegn på sykdom. Derfor hadde det vært en stor fordel å overføre denne motstandskraften til tamme svin.

Og det er nettopp det britiske forskere håper de har fått til.

Redigerte gener

Tidligere forskning har pekt mot at tamgrisenes sårbarhet er knyttet til et visst gen. De ville svinene har derimot en annen variant av dette genet. Dermed blir det store spørsmålet: Går det an å redigere i tamgrisens variant, slik at den blir lik villsvinenes?

Det er nettopp dette forskerne mener de har gjort. De brukte nye teknikker til å forandre de få stedene er koden i genene var ulik, i befruktede egg fra purker. De endrede eggene ble så satt inn i livmoren igjen, der de fikk vokse ferdig.

Etter at ungene var født, tok forskerne prøver for å finne ut om de nye grisene hadde fått med seg villsvinvarianten av genet. Og det hadde de.

Vet ikke om det virker

Det som gjenstår å se er så klart om denne genvarianten virkelig gir grisene beskyttelse mot den fryktede svinepesten. Det har ikke forskerne testet ut enda.

Dermed er det ikke umulig at effekten uteblir, for eksempel fordi det i virkeligheten er enda flere gener som styrer villsvinenes motstandskraft mot viruset.

Men skulle det vise seg at planen virker, kan dette være et forvarsel om hva som venter i framtidas landbruk.

Genredigering har potensialer til å revolusjonere husdyravl, skriver forskerne i en artikkel i Scientific Reports.

Med det mener de at disse teknikkene kan utgjøre en svært praktisk snarvei i avlsprosedyren:

I stedet for å krysse dyr med fordelaktige egenskaper, i håp om å få avkom med de rette kombinasjonene, kan man altså gjøre helt spesifikke endringer akkurat der de trengs.

Referanse:

Simon G. Lillico, m. fl., Mammalian interspecies substitution of immune modulatory alleles by genome editing, Scientific Reports, februar 2016.

Stamcelleterapi som kan helbrede pasienten ved å skifte ut døde eller syke celler i kroppen med friske celler, er et av de store håpene for fremtidens behandling av slike sykdommer

Dessverre er det en lang igjen før den kan komme i bruk. Men britiske forskere har nå laget et dataprogram som i teorien vil kunne spare forskere for mange år med arbeid i laboratoriet.

– Dette er et tydelig gjennombrudd for stamcelleterapi. Det baner vei for livsendrende medisinske fremskritt i overskuelig fremtid og gir mulighet for å forlenge livet og forbedre livskvaliteten til de det gjelder, sier Julian Gough.

Han er professor i bioinformatikk ved University of Bristol i England og en av forskerne bak utviklingen av systemet.

Mogrify – et forutseende program

Mange forskere jobber i dag med en stamcelleteknikk hvor de i stedet for å bruke stamceller fra befruktede egg (embryonale stamceller), omprogrammerer kroppens «modne» celler. Det kan være hudceller som omprogrammeres til nerveceller eller muskelceller.

• Les også: Frisk med stamceller

Ideen er at cellene transplanteres til en syk person og erstatter syke eller døde vev så personen blir frisk.

Det nye datasystemet, Mogrify, kan forutse hvordan en tilfeldig celletype på denne måten kan gjøres om til en annen celletype.

Forskningen er publisert i Nature Genetics.

Fremdeles lang vei til en kur

Professor Henrik Semb vil ikke kalle det nye datasystemet for et gjennombrudd.

Han er direktør for Dansk stamcelle center, DanStem, ved Københavns Universitet og har ikke vært involvert i utviklingen av systemet.

– De nye resultatene er interessante i forhold til hvordan teknikken for omprogrammering av celler kan gjøres mer anvendelig. Men jeg vil ikke karakterisere det som et gjennombrudd i direkte bruk innenfor stamcelleterapi. Og jeg er skeptisk til hvor anvendelig systemet er i den formen det har nå, sier han.

• Les også: Kreftceller kler seg ut som stamceller

Det er fremdeles lenge til pasienter kan få glede av stamcelleforskningen, ifølge Semb. Men han ser at Mogrify kan hjelpe prosessen på vei.

Selv om det vil ta tid å finne nye behandlingsformer, kanskje opptil 10-15 år, er det håp blant forskere om at dette forskningsområdet fortsetter å gjøre fremskritt så det etter hvert vil komme løsninger som kommer pasientene til gode. Dette nye verktøyet er en ny brikke i puslespillet ved å gjøre omprogrammering av celler mer anvendelig, sier han.

Listen over celler ikke omfattende nok    

Ideen bak det nye systemet er at det forteller hvilke spesifikke proteiner, som vi kaller transkripsjonsfaktorer, som skal tilføres en celle for at de riktige genene blir avlest og aktivert i cellen.

Alle cellene våre inneholder nemlig de samme genene. Det som gjør cellene forskjellige, er hvilke gener som er aktive. Hvis en hudcelle skal omprogrammeres til en nervecelle, må forskerne vite hvilke gener som skal aktiveres for at cellen blir en nervecelle.

• Les også: Avslører stamcellenes innerste hemmeligheter

For å finne ut hvordan det er mulig å bruke det nye datasystemet, gikk Henrik Semb inn på Mogrify sin hjemmeside:

– Celler som er relevante for terapeutisk behandling, er ofte spesialiserte celler som hjertemuskelceller, nerveceller og betaceller. Og det er svært få av de spesialiserte cellene som finnes på Mogrify sin liste. Derfor er det vanskelig å etterprøve hvor brukbart systemet er, sier han.

Skal bli mer brukbart etter hvert

Henrik Semb forsker på å produsere såkalte betaceller fra stamceller til å bruke i behandling av pasienter med diabetes type 1. Betacellene sitter i bukspyttkjertelen og produserer insulin som regulerer blodsukkeret.

Diabetespasienter har svært få betaceller, og derfor ville det bety et viktig fremskritt å kunne lage betaceller fra stamceller eller å kunne omprogrammere «modne» celletyper, som for eksempel hudceller.

• Les også: Stamceller mot diabetes

Cellene skal erstatte de døde betacellene hos en person med diabetes type 1 for å normalisere insulinproduksjonen.

– I Mogrify-systemet fant jeg hudceller, men ingen insulinproduserende betaceller, så i programmets nåværende form kan ikke vi bruke det i forskningen vår, sier Semb.

– Men når datasettet blir mer komplett, vil Mogrify-systemet for alvor begynne å bli interessant. Ideen er virkelig godt tenkt og vil være av interesse for svært mange stamcelleforskere.

Viktig skritt mot å bruke stamcelleforskning

Professor i klinisk genetikk, Lars Bolund, vil heller ikke kalle det nye systemet for et gjennombrudd, men ser gode muligheter for å bruke det i sin egen forskning.

Han er professor ved Institut for biomedicin ved Aarhus Universitet. Heller ikke han har vært med å lage Mogrify.

Det er ingen tvil om at Mogrify-systemet er interessant for oss i forskningen vår med blant annet utviklingen av leverceller og insulinproduserende betaceller. Det kan hjelpe oss med å forutse de transkripsjonsfaktorene som vi må aktivere, for å omprogrammere én celletype til en annen, sier han.

• Les også: Stamceller fra morsmelk?

Mogrify-systemet er grunnleggende godt og viktig arbeid når forskere skal nærme seg målet med å behandle alvorlige og kroniske sykdommer. Det er et viktig skritt på veien for å gjøre teknikken med å omprogrammere celler anvendelig til medisinsk bruk, sier Bolund.

Som Semb, etterlyser også han at listen av celletyper i Mogrify, blir lenger:

Listen er ikke komplett, og den skal bygges ut så den kan brukes på flere områder, for eksempel også til bygge opp igjen skadet vev, både ved akutte og kroniske sykdommer, ifølge ham.

Referanse:

Rackham, O.J.L (m.fl.) A predictive computational framework for direct reprogramming between human cell types. Nature Genetics (2016) (Sammendrag.)

© Videnskab.dk. Oversatt av Marianne Nordahl for forskning.no

(Mannen i videoen beveger fingrene på protesen ved hjelp av elektroder på hjernen. Signalene fra hjernen er koblet til protesen. I fremtiden kan denne teknologien kanskje hjelpe folk som har amputert bein eller armer, mener forskerne. Video: Johns Hopkins University)

Lenge har forskere prøvd å lage proteser som kan bevege på seg ved hjelp av elektroniske signaler eller til og med ved hjelp av tankens kraft.

Det siste har det nå lyktes forskere ved amerikanske Johns Hopkins University å få til, ifølge Sciencedaily.com.

I et forsøk med en epilepsipasient som hadde alle lemmene i behold, fikk de fingrene på en håndprotese til å bevege seg, individuelt og uavhengig av hverandre, med pasientens tankekraft.

– Vi tror det er første gang at en person som bruker en tankestyrt protese, har fått til bevegelser med de enkelte fingrene uten særlig mye trening. Denne teknologien overstiger andre tilgjengelige proteseteknikker, sier Nathan Crone.

Han er professor i nevrologi på Johns Hopkins University School of Medicine.

Elektroder på hjernen

I forbindelse med forsøket fikk mannen hjernen sin kartlagt slik at forskerne kunne finne ut hvor i hjernen signalene om bevegelsene til hver enkelt finger blir sendt fra.

Så programmerte de protesen til å reagere på disse signalene.

En kirurg plasserte først en tynn film med form og størrelse som et kredittkort, med i alt 128 elektroder, på området i forsøkspersonens hjerne som styrer arm- og fingerbevegelser.

Elektrodene ble koblet opp mot håndprotesen og pasienten ble deretter bedt om å tenke på å bevege alle fingrene etter tur. De elektriske signalene i hjernen fikk fingrene til å bevege seg.

Guy Hotson er hovedforfatter på studien. Han mener de nå har fått et bedre bilde av et større område av hjernen, og at det er denne presisjonen som har gjort det mulig å kontrollere fingrene enkeltvis.

Han og forskerkollegaene har publisert studien i Journal of Neural Engineering.

Selv om forskerne ser på resultatene som et viktig fremskritt, innvender de selv at det vil ta lang tid før teknologien gagner folk som bruker protese.

Forskningen er på et tidlig stadium og teknologien er fremdeles for kostbar.

Referanse:

G. Hoston mfl: Individual finger control of a modular prosthetic limb using high-density electrocorticography in a human subject. Journal of Neural Engineering, 10. februar 2016.