Minigrise med kunstige hofter skal hjælpe os med at udrydde proteseinfektioner

Hvert år får flere tusinde danskere udskiftet nedslidte og gigtplagede led med kunstige ledproteser.

I daglig tale kalder vi det 'at få en ny hofte eller et nyt knæ'. Desværre er det ikke altid problemfrit at få indopereret en ledprotese.

Af de patienter, som får en ny hofte eller et nyt knæ, vil 1-2 procent udvikle en proteseinfektion. Det viser flere undersøgelser, blandt andet denne og denne.

Det lyder måske ikke som mange, men i Danmark blev der i år 2020 udskiftet 10.000 hofter og 10.000 knæ, og i USA lå tallene på over 93.000 hofter og over 130.000 knæ.

Det løber derfor hurtigt op i rigtig mange patienter, der må lide på grund af en proteseinfektion.

Det håber mine kolleger og jeg at lave om på ved at udvikle nye og bedre behandlingsmetoder, som potentielt kan udrydde disse infektioner. Hvordan vi håber på at gøre det, er dét, du skal læse om i denne artikel.

Næsten umuligt at behandle

En proteseinfektion er en betændelsestilstand i vævet omkring ledprotesen, som er skabt af bakterier. Hovedparten af infektionerne opstår under operationen, hvor protesen indsættes.

Det skyldes, at der her kommer bakterier ned i operationssåret. Disse bakterier vil klæbe sig fast til overfladen af protesen og begynde at danne biofilm.

Biofilm er sammenklumpninger af bakterier, der omgives af en slim, som beskytter dem mod kroppens immunceller og antibiotika.

Den betændelsesreaktion, bakterierne medfører, vil give et øget tryk indeni knoglen og leddet omkring protesen. Dette forøgede tryk vil sammen med betændelsen føre til smerter.

Samtidig vil betændelsen også føre til, at knoglevævet omkring protesen dør og erstattes af bindevæv. Da bindevæv ikke er ligeså stærkt som knoglevæv, vil protesens hæftning til knoglen blive dårligere, og protesen vil komme til at sidde løst.

Det store problem er, at når først en proteseinfektion er etableret, og bakterierne har dannet biofilm, er infektionen nærmest umulig at behandle.

For patienten betyder det store smerter og langevarige behandlingsforløb med indlæggelser, antibiotikabehandlinger og ofte talrige re-operationer.

I værste fald kan det ende med, at en del af benet må amputeres, hvis ikke infektionen kan kommes til livs.

For at undgå at så mange mennesker i fremtiden skal kæmpe med proteseinfektioner, skal vi i vores forskningsprojekt i gang med at undersøge, hvad der sker når en proteseinfektion udvikles, og hvad vi kan gøre for at forebygge det.

Det er dét, de 20 minigrise skal hjælpe os med.

Dyrene skal hjælpe os

Det komplekse sammenspil, der er mellem knoglevæv, protese, bakterier og immunforsvar under udviklingen af en proteseinfektion, kan vi ikke gengive i et laboratorieforsøg i en petriskål alene. Derfor er vi nødt til at bruge forsøgsdyr.

De forsøgsdyr vi bruger som model for os mennesker, skal helst ligne os så meget som muligt.

Grisens knogler ligner menneskers meget mere end de små forsøgsdyrs (mus, rotter og kaniner), både hvad angår størrelse, men også opbygning og mineralsammensætning.

Endvidere har grisen en størrelse, der gør det muligt for os at bruge rigtige proteser og samme kirurgiske teknikker, som man bruger på mennesker.

Grisens immunforsvar er meget lig menneskets, særlig i reaktionen mod bakterier. Denne lighed er i særdeleshed vigtigt, når vi skal undersøge, hvordan en proteseinfektion udvikler sig, og når vi skal trække paralleller mellem gris og menneske.

Vores hypotese er, at grisen ligner os mennesker så meget, at vi ved at studere proteseinfektionens udvikling i grisen, kan lære hvordan den udvikler sig i mennesker. Samtidig vil vi i grisene kunne afprøve nye behandlingsmetoder.

\ Læs mere

Implantater i mennesker invaderes af mikroorganismer

Minigrisen er en mini-gris

De grise, der skal hjælpe os, kaldes minigrise. At vi valgte minigrisen og ikke den konventionelle gris, vi kender fra landbruget, skyldes størrelsen på den udvoksede gris.

En minigris vejer cirka 40-50 kilo, når den er udvokset, mens en voksen konventionel gris vejer op mod 300-400 kilo.

Det er klart, at den voksne minigris har en størrelse, der gør den noget lettere at håndtere og arbejde med end den voksne konventionelle gris. Og det er helt essentielt, at vi arbejder med udvoksede grise, da det er voksne mennesker, der får ledproteser, og dermed også proteseinfektioner.

Grise-proteser er en tro kopi

Lige nu arbejder vi med at få fremstillet små hofteproteser, som er særligt tilpasset til minigrisens størrelse.

Hofteproteserne til minigrisene bliver lavet hos en virksomhed, der til daglig fremstiller specieldesignede proteser til mennesker.

Ud fra CT-skanninger af minigrises lårbensknogler har protesevirksomheden fremstillet en hofteprotese, der passer til vores minigrise.

På den måde får minigrisene proteser lavet af samme materialer og ud fra samme metoder, som de proteser, der bruges til mennesker.

Første forskerhold i verden til at gøre det

Sidst på sommeren skal vi i gang med at indoperere de første proteser på minigrisene. Vi kommer til at være det første forskerhold i verden, der indoperere en hofteprotese på en minigris.

Heldigvis vil vi få god hjælp af en erfaren ortopædkirurg til selve operationen, og forskerteamet består af adskillige dyrlæger, så grisene vil blive fulgt tæt og behandlet med smertestillende medicin, hvis halthed eller andre tegn på smerter skulle opstå efter operationen.

Vi forventer dog ingen problemer for grisene. Når mennesker får en ny hofte, er de allerede oppe og gå senere samme dag, de er blevet opereret, og panodil er ofte tilstrækkelig til at behandle de smerter, der skulle følge operationen.

\ Læs mere

Hvad bruger forskere forsøgsdyr til?

En dråbe bakterier

Senere på året skal vi i gang med infektionsstudiet. Her vil vi under operationen, lige inden protesen sættes fast i knoglen, sætte en lille dråbe bakterier på indersiden af knoglen. Herefter indsættes protesen og operationen afsluttes som normalt.

Grisene skal efter operationen gå i op til tre måneder, mens infektionen omkring protesen får lov til at udvikle sig langsomt.

Vi vil tilse grisene dagligt og løbende tage røntgenbilleder og blodprøver, for at følge med i, hvordan grisene har det, og hvordan infektionen udvikler sig. Når forsøgsperioden slutter, vil grisene blive aflivet og obduceret.

Obduktionen af grisene er meget vigtig, da vi her har mulighed for at tage hele knoglen med protesen ud og kigge på forandringerne. Ud over at evaluere de forandringer, der kan ses makroskopisk (altså med det blotte øje), skal vi også udtage prøver til histologi og mikrobiologi.

Histologi er vævsprøver, der bearbejdes, så vi kan kigge på dem i mikroskop. I mikroskopet kan vi se, hvordan cellerne i de forskellige væv har reageret på infektionen. Vi vil blandt andet kunne se, hvor i knoglevævet der er forandringer, og om der er bakterier til stede.

Mikrobiologien fortæller os, om der er bakterier i knoglen, det omgivende væv og biofilm på protesen.

En selvrensende protese

Et af målene med dette projekt er at afprøve en ny metode, hvor hele hofteprotesen coates (dækkes, red.) med en belægning, der indeholder høje koncentrationer af antibiotika.

Coatningen er udformet sådan, at antibiotikaen først bliver frigivet, når protesen er indopereret i knoglen.

Ved at coate selve protesen med antibiotika, kan vi behandle lokalt mod de bakterier, der kommer ind med protesen under operationen. Protesen vil så at sige være ’selvrensende’ og i stand til at udrydde eventuelle bakterier, inden de når at etablere en infektion og danne biofilm.

Udfordringen bliver at coate hele protesen på grund af dens størrelse og komplekse geometriske form. Samtidig med at coating skal indeholde og frigive antibiotika i effektive mængder, må den ikke påvirke protesens fysiske egenskaber eller slidstyrke.

Hvis det lykkes at udvikle en selvrensende protese, vil vi kunne forebygge proteseinfektioner og dermed hjælpe tusindevis af mennesker i fremtiden.

Projektet er støttet af Lundbeckfonden.

\ Læs mere

»Jeg kan se noget!« Protese i hjernen giver blind kvinde kunstigt syn

\ Læs mere

Gennembrud vækker håb om at bruge grise som organdonorer

\ Læs mere

Hospitalsinfektioner koster 2,5 millioner leveår om året