Ultratunna sensorer som kan ge säkrare implantat
Ultratunna sensorer som mäter tryck ska hjälpa till att upptäcka problem vid implantat, exempelvis i en ledprotes. Detta är målet för ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt där Margarita Trobos och Anders Palmquist, forskare inom biomaterialvetenskap, har viktiga roller.
Kan mätning av trycket intill ett implantat vara ett sätt att upptäcka komplikationer som inflammation och infektion innan de blivit allvarliga?
Det är en huvudfråga i det femåriga forskningsprojektet UTMOST (“Ultra-Thin Monitoring Sensors for Implants”), som fått 25 miljoner kronor i anslag från Vetenskapsrådet. Projektet samlar expertis från Chalmers, KTH och Göteborgs universitet (Biomaterialvetenskap, Institutionen för kliniska vetenskaper).
Om vi kan mäta vad som sker vid implantatet under läkningen och även på längre sikt skulle det kunna revolutionera vården
– Sensorer har på sätt och vis alltid varit ”den heliga graalen”, det yttersta målet. Att kunna få information inifrån kroppen, så att problem med implantat kan upptäckas tidigt, har länge varit en dröm. Det har gjorts många försök med sensorer på biomaterial. Men ännu har inget varit lyckat, säger Anders Palmquist, professor i biomaterialvetenskap vid Institutionen för kliniska vetenskaper.
– Om vi kan mäta vad som sker vid implantatet under läkningen och även på längre sikt skulle det kunna revolutionera vården, säger docent Margarita Trobos.
Batterifria och trådlösa sensorer
Projektet syftar till att utveckla batterifria, trådlösa sensorer som kan integreras i implantat. Sensorerna ska registrera tryckförändringar i vävnaden kring implantatet.
– Inflammation och infektion är två av de vanligaste orsakerna till att implantat misslyckas. En av de stora utmaningarna är att förstå sambandet mellan tryckförändringar och dessa tillstånd. Att ta reda på detta är vår del i projektet, säger Margarita Trobos.
Sensorernas tryckkänslighet bygger på det avancerade materialet grafen. Det är extremt tunt, består av ett enda lager kolatomer och leder elektricitet mycket bra.
– Det är en spännande teknologi. Genom att placera molekylära “fjädrar” mellan grafenskikten kan man mäta små tryckförändringar med hög precision, förklarar Anders Palmquist.
Tvärvetenskapligt samarbete
Forskningen inom UTMOST bygger på ett nära samarbete mellan tre discipliner: materialvetenskap, signalbehandling och biologi/medicin. Chalmers utvecklar själva sensorerna. KTH ansvarar för signalbehandlingen. Och Göteborgs universitet fokuserar på biologin kring implantat och hur kroppen reagerar på dem.
– Det är ett tvärvetenskapligt projekt som ingen av parterna skulle kunna klara på egen hand. Att integrera forskning från tre världar är avgörande och just den kombinationen gör projektet unikt och spännande, säger Margarita Trobos.
För att testa sensorernas funktion planeras in vitro-studier, där sensorerna testas i kontrollerade laboratoriemiljöer, följt av djurstudier. Forskarna hoppas kunna visa hur tryckförändringar förhåller sig till inflammation och infektion, och att trycksensorerna kan ge tydliga signaler.
Förhoppningar och utmaningar
Ett implantat måste ofta sitta i kroppen under många år. Det ställer höga krav på sensorernas hållbarhet och biokompatibilitet.
– En viktig sak är att minimera risken för att sensorerna själva orsakar inflammation. Vi måste säkerställa att materialen är helt biokompatibla, säger Anders Palmquist.
Forskningsteamet hoppas att sensorerna ska kunna ge information i realtid och underlätta tidig behandling av komplikationer som infektioner, genom att upptäcka tidig bakteriell biofilmsbildning på implantatet.
– Ju tidigare vi kan agera, desto bättre blir resultaten. Att minska komplikationerna och antalet omoperationer skulle vara en stor fördel för både patienter och sjukvården, säger Margarita Trobos.
UTMOST-projektet startar nu i januari och pågår till och med 2029.
Text: Jakob Lundberg