Orsaker till artros kartläggs i ny biobank
Artikeln är ursprungligen publicerad av Lunds universitet och ingår universitetets tema Forskning i fokus: Hälsosamt åldrande börjar tidigt
I snart fem år har forskare i Lund samlat in knävävnad från över 700 personer i en biobank. Med stöd av Rättsmedicinalverket, Vävnadsbanken i Lund samt ortopediska klinikens operationsverksamhet i Trelleborg tas knäbrosk, menisker, blod och ledvätska tillvara i frysar i Lund där proverna utgör en avgörande stomme för ny forskning. Något liknande har hittills inte gjorts i Sverige.
– Vi saknar idag tillräcklig kunskap om de molekylära mekanismer och mikrostrukturella förändringar som sker i ett tidigt stadium av artros. Vi forskare vet helt enkelt för lite om processerna i början av förloppet då det finns större möjligheter att bromsa eller förhoppningsvis vända förloppet av sjukdomen. Nu hoppas vi kunna fylla dessa kunskapsluckor och därmed bana väg för ny och bättre diagnostik samt på lång sikt nya behandlingar som påverkar själva sjukdomsförloppet, säger Martin Englund, professor vid avdelningen för ortopedi vid Lunds universitet och läkare på Skånes universitetssjukhus.
Behandlingar i dag bristfälliga
Artros är en av de allra främsta orsakerna till långvarig smärta och funktionshinder. Sjukdomen uppkommer framför allt i knä- och höftleder, men är även vanlig i fingrar och rygg.
Trots att ungefär 100 miljoner européer har knäartros, finns det en bristande kunskap om dess sjukdomsmekanismer, speciellt tidigt i förloppet.
– När det gäller till exempel Alzheimers sjukdom finns idag forskning vid Lunds universitet om biomarkörer som i blodet kan visa på om du har hög sannolikhet att drabbas av demenssjukdomen eller ej. Ny medicinsk behandling har också visat lovande resultat om den ges i tid. Det gäller än så länge inte artros. Vårt långsiktiga mål är liknande, det vill säga att få en bättre förståelse för de tidiga sjukdomsprocesserna och på så vis hitta nya sätt att behandla artros, innan leden påverkats allt för mycket av sjukdomen, säger Martin Englund.
Det finns idag ett begränsat antal behandlingsalternativ. Förloppet vid artros kan variera kraftigt, men de sjukvårdsinsatser som erbjuds idag rör i huvudsak symptomlindring. Vid svåra symptom, ofta i senare stadier av sjukdomen, kan en konstgjord knäled i metall och plast sättas in. Det görs i Sverige hos cirka tio procent av de personer som drabbas av knäartros.
Unikt underlag att studera
Materialet i biobanken består främst av brosk, menisker, blod och ledvätska från knäleder från knäprotesopererade patienter men även vävnader från avlidna vuxna utan känd ledsjukdom.
Vävnaderna samlas in på Lasarettet Trelleborg samt Skånes universitetssjukhus i Lund , där Martin Englund och hans forskarkollegor tar hand om de avidentifierade proverna. Donatorerna är från 18 år och uppåt.
– Vi kan ofta se varierande grader av artros även hos relativt unga individer, och vi intresserar oss även för vad som är normalt åldrande och vad som är sjukliga processer, säger Martin Englund.
Martin Englund och hans kollegor vid Biomedicinsk centrum analyserar vilka proteiner som finns i provet och i vilka mängder. Det sker genom en masspektrometer, en slags avancerad våg.
– Det rör sig om tusentals proteiner i olika mängder. De mönster vi ser hjälper oss att förstå den nedbrytning av vävnad som sker när balansen av uppbyggande och nedbrytande processer rubbas vilket sker vid artros, säger Martin Englund.
Experiment med hjälp av synkrotronljusavbildning
Synkrotonljusavbildning är avgörande för att forskare ska kunna titta inuti vävnad med hög upplösning. Om man jämför synkrotronljus med den röntgenutrustning som används på ett sjukhus, är synkrotronkällan ungefär hundra miljarder gånger mer intensiv. Det är som ett mikroskop, men med röntgenljus som har mycket kortare våglängd än vanligt ljus. Det i sin tur gör att man ner på cellnivå i detalj kan studera stora volymer av vävnader i 3D utan att göra snitt – så kallad virtuell histologi.
– Synkrotronljusets höga intensitet och dess välriktade ljus ger oss möjlighet till avbildning med tomografi/3D på bara några sekunder. Dessutom möjliggör faskontrastbildtagning av mjuka vävnader, vilket annars inte är möjligt, säger Hanna Isaksson, professor vid avdelningen för biomedicinsk teknik vid Lunds Tekniska Högskola.
Martin Englund och hans kollega Hanna Isaksson, som leder de omfattande synkrotronljusexperimenten av artrosstudien, har tidigare behövt packa ner prover i frysboxar och bege sig till bland annat Swiss Light Source vid Paul Scherrer Institut i Schweiz för att göra dessa avancerade experiment. I och med uppstarten av nya experimentstationer på MAX IV hoppas forskarna kunna göra fler av dessa experiment i Lund framöver.
– Avbildningarna hjälper oss att förstå sambandet mellan vävnadens struktur och sammansättning och dess mekaniska egenskaper. Vi vill till exempel veta hur brosket eller menisken bryts ner. Enkelt uttryck: vi undersöker om det går att se tidiga tecken på förändringar genom att belasta vävnaden och samtidigt avbilda den med hög upplösning i 3D, säger Hanna Isaksson.
Bildresultatet från synkrotronljusavbildning av brosk påminner om små svartvita grodyngel där cellerna syns tydligt. Bilderna på kollagenet i menisken (det vill säga den dominerande fiberkomponenten i bindväv) påminner om ett slags myrornas krig där vissa större vita fält växer fram.
– Dessa vita fläckar är förändringar i kollagenet. På våra bilder ser vi till exempel att kollagenet i menisken krullat ihop sig i olika utsträckning, vilket medför olika biomekaniska egenskaper. Om detta har samband med artros eller inte är ännu oklart. Idag är det heller inte självklart hur nedbrytningen börjar, det vill säga om den inleds i brosk och därefter påverkar menisk eller tvärtom. Det är också en fråga vi försöker få svar på, säger Hanna Isaksson.
Enorm mängd data
Datamängden från ett experimenttillfälle är ofta enorm. Ett par dagars experiment med synkrotronljusavbildning kan resultera i många Terabyte.
– Det rör sig om obeskrivligt stora mängder data, vilken är helt omöjlig att gå igenom manuellt. Vi arbetar mycket med programmering av all information för att automatisera dataanalys, säger Hanna Isaksson.
Forskarna har hittills analyserat 40 vävnadsprover. Det kan jämföras med andra studier med synkrotronavbildning där man vanligen avbildar några få vävnadsprover. Målet är att ha färdiga resultat inom fem år.
– Det finns inga publicerade resultat från liknande experiment som syftar till att visualisera hur mänskliga broskvävnader beter sig vid belastning och hur detta beteende påverkas av artros. Det är unikt att studera menisk- och broskvävnad både med så stort åldersomfång och variation av både sjuk och frisk vävnad, något som görs möjligt tack vare biobanken, säger Martin Englund.