Annons
Annons
Biosensorer avslöjar tidig parodontit
Torbjörn Bengtsson och Daniel Aili leder utvecklingsarbetet av biosensorn som har tagits fram på Linköpings universitet.
Samtliga foton: Staffan Gustavsson
På Linköpings universitet utvecklar man en känslig biosensor som kan mäta den proteolytiska aktiviteten i gingivalvätska och göra det möjligt att diagnosticera parodontit mycket tidigare än i dag. Samtidigt har forskarna hittat en peptid som hämmar Porphyromionas gingivalis, den bakterie som har huvudrollen vid parodontit.
En av huvudorsakerna till parodontit är frisättning av proteinnedbrytande enzymer, bland annat gingipainer, från bakterien Porphyromionas gingivalis. Enzymerna bryter ner tandens stödjevävnad och genom att orsaka inflammation medverkar de dessutom till att aktivera andra proteaser i vävnaden. Porphyromionas gingivalis orsakar inte bara sjukdom i munnen, den kan spridas i kroppen där den frisätter gingipainer som gör stor skada.
– Genom att bryta ner proteiner påverkar de vårt immunförsvar, koagulationssystemet och orsakar inflammation, säger Torbjörn Bengtsson, professor i medicinsk cellbiologi vid Örebro universitet.
”Om man kan detektera parodontit i ett tidigt skede så skulle man kunna motverka utvecklingen av sjukdomen.”
Samband mellan parodontit och Alzheimer
Kopplingen mellan parodontit och hjärt-kärlsjukdom är belagd i många studier. Porphyromionas gingivalis kan infektera glatta muskelceller i blodkärlens väggar, där de frisätter gingipainer som orsakar inflammation. Det elaka kolesterolet aktiveras och därmed ökar risken för åderförkalkning.
Torbjörn Bengtsson
Forskare har även hittat tydliga samband mellan parodontit och Alzheimers sjukdom. Patienter med Alzheimers har parodontit i mycket högre utsträckning än kognitivt friska individer. Man har hittat gingipainer i hjärnan på personer med Alzheimers och man tror att de driver sjukdomen genom att öka produktionen av beta-amyloider, proteiner som bildar plack och skadar nervcellerna.
Gingipainer spelar alltså en central roll i utvecklingen av en rad sjukdomar och om man tidigt kan stoppa deras nedbrytande aktivitet i munnen, och därmed spridningen i kroppen, så skulle mycket vara vunnet.
– Om man kan detektera parodontit i ett tidigt skede så skulle man kunna motverka utvecklingen av sjukdomen och samtidigt bromsa de systemiska effekterna som kan leda till hjärt-kärlsjukdom, Alzheimers och andra sjukdomar, säger Torbjörn Bengtsson.
Men för att uppnå detta behöver man ett analysverktyg för begynnande parodontit. Och det är det som nu är på gång.
Nanopartiklar av guld
Torbjörn Bengtsson och Daniel Aili, professor på avdelningen för biofysik och bioteknik, har forskat tillsammans i tio år, länge med fokus på kopplingen mellan parodontit och hjärt-kärlsjukdom. Daniel Aili har även forskat på mätningar av proteinnedbrytande aktivitet vid cancersjukdomar.
– För några år sedan kom vi in på proteolytisk aktivitet vid tandlossning och då började jag borsta tänderna noggrannare än någonsin, säger Daniel Aili.
År 2017 fick de anslag av Vetenskapsrådet för att utveckla en biosensor som kan mäta proteolytisk aktivitet kring en tand och göra det möjligt att diagnosticera parodontit tidigare än i dag. Målet är att det ska kunna göras med utrustning som inte är så dyr och som lätt kan användas på en vanlig tandklinik.
Den lilla pappersbiten är både ett provtagningsinstrument och en biosensor. I pappret finns guldnanopartiklar klädda med proteiner.
Arbetet sker i ett samarbete mellan cell- och mikrobiologer och forskare inom nanoplasmonisk analysteknik. Nu har de kommit en god bit på väg. Daniel Aili och Torbjörn Bengtsson visar en pappersbit som inte ser mycket ut för världen, men den innehåller en nanoteknologisk biosensor som tillsammans med en spektrometer kan avslöja just det som en behandlande tandläkare behöver veta om patientens parodontala hälsa.
I pappret finns nanopartiklar av guld som klätts med proteiner. När partiklarna belyses återutsänder de ljus med en viss våglängd som kan avläsas med en spektrometer. Om pappret fuktas med gingivalvätska där det pågår proteolytisk aktivitet kommer proteinerna på nanopartiklarna att brytas ner. Det ger en förskjutning av ljusets våglängd vilket registreras av spektrometern. Graden av förskjutning blir ett mått på hur stor den proteolytiska aktiviteten är.
– Med upprepade undersökningar kan man följa den nedbrytande aktiviteten över tid och se hur framgångsrik en parodontal behandling är, säger Torbjörn Bengtsson.
En spektrometer ger svaret
Den lilla pappersbiten är alltså både ett provtagningsinstrument och en biosensor. Det blir enklast och billigast så, och det fungerar bäst med tanke på att mängden gingivalvätska är så liten. I den kliniska vardagen blir det lätthanterligt; efter provtagning stoppar man in pappret i en läsare som ger svaret. Läsaren består av en spektrometer, ett instrument som i dag inte är särskilt dyrt.
– Hittills har det mest handlat om grundforskning, men nu har vi ett koncept som vi har börjat utvärdera med kliniska prover, berättar Daniel Aili.
Daniel Aili
Från en parodontologisk specialistklinik får de prover från tandköttsfickor på patienter med parodontit. De får även prover från personer med friska tänder, som utgör kontrollgrupp.
Testerna bekräftar att biosensorerna är mycket känsliga. Men kanske går det att göra dem ännu känsligare, resonerar de båda forskarna som nu experimenterar med att klä nanopartiklarna med fluorescenta molekyler.
I forskningen kring Porphyromionas gingivalis upptäckte man att de hämmades av en grupp andra bakterier, nämligen lactobaciller. Det förde in forskningen på ett annat spår med målet att utveckla en bra behandlingsmetod mot parodontit.
– Vi har hittat en antibakteriell peptid som hämmar Porphyromionas gingivalis och har potential att användas som läkemedel i behandling mot parodontit. Kanske kan man använda den kliniskt i form av en gel, säger Torbjörn Bengtsson.
Peptiden binder till bakterierna och förstör deras membran. Den fungerar som ett antibiotikum men har inte samma problem med resistensutveckling. Nu är den patenterad och forskarna arbetar tillsammans med ett företag.
Precis som med forskningen om biosensorer så arbetar man inte bara med fokus på parodontit utan mot flera olika typer av sjukdomar. Utvecklingen av peptider som hämmar bakterier är just nu framför allt inriktad på sårvård.
När finns biosensorer för diagnosticering av parodontit ute i tandvården?
– Det är jättesvårt att svara på. Men om vi får tillräcklig finansiering så tror jag att vi kan ha en produktprototyp inom cirka fem år, säger Daniel Aili.
”Om vi får tillräcklig finansiering så tror jag att vi kan ha en produktprototyp inom cirka fem år.”
- Biosensorer är analytiska verktyg som består av ett biologiskt igenkänningselement som kan interagera med en viss molekyl, och en givare som omvandlar interaktionen till en mätbar signal.
- Det biologiska elementet kan bestå av till exempel vävnad, mikroorganismer, enzymer eller antikroppar.
- Biosensorer används inom områden som till exempel forskning inom biovetenskap, detektering av kemiska föreningar i miljön och diagnostik.
- Biosensorer kan också vara fästa på kroppen för att övervaka vissa biomarkörer. Ett exempel är de biosensorer diabetiker använder för att kontinuerligt mäta glukoshalten i blodet.
Ett multidisciplinärt forskningsprogram
Forskningen kring biosensorer och parodontit är kopplad till Foresight, ett multidisciplinärt forskningsprogram där man sammanför teknologi med mikrobiologi, cellbiologi och kliniska studier för att prediktera oral hälsa. Ett av målen är att hitta prediktiva biomarkörer för parodontit.
– Det finns olika proteaser i munnen, men den här biosensorn bygger på att man mäter all proteolytisk aktivitet oavsett vad som orsakar den. Det är en styrka och jag tror att den kan bli en mycket bra prediktor, säger Gunnel Svensäter, senior professor i oral biologi vid Malmö universitet.
Hon är engagerad i en stor klinisk studie där man har jämfört riskbedömningar för parodontit som tandläkare har gjort, med den proteolytiska aktiviteten i gingivalvätskan. Resultatet visar att de stämmer väl överens. De flesta patienter som har bedömts ha hög risk har också hög proteolytisk aktivitet, och de som har bedömts ha en låg risk har låg proteolytisk aktivitiet i gingivalvätskan.
Kommer biosensorn att kunna diagnostisera parodontit tidigare än en tandläkare som gör en klinisk bedömning?
– Ja, det tror jag. Biosensorn kan bli ett viktigt verktyg vid riskbedömning. Men först behöver vi göra kliniska studier där vi följer patienterna över lång tid, säger Gunnel Svensäter.
- Forskningsprogrammet Foresight handlar om att hitta effektiva verktyg för att identifiera patienter som löper ökad risk för karies och tandlossning.
- Programmet ska hitta en ny generation prediktiva biomarkörer och strategier för prevention som kan användas som redskap i den kliniska tandvården.
- Med de riskbedömningsverktyg som finns i dag missbedöms ofta individuell risk. Många patienter överbehandlas medan andra inte får den behandling de behöver.
- Otillräcklig riskbedömning leder också till ojämlikhet i vården genom att behandlingen inte riktas till de mest behövande.