Billedet af en rotte fyldt med mikrocontainere vinder 1. pladsen i DG’s Fotokonkurrence 2022

Vinderen af 1. pladsen i Danmarks Grundforskningsfonds Fotokonkurrence 2022 viser et computertomografisk skanningsbillede af en rotte, som har røntgenkontrast-fyldte mikrocontainer fordelt i dens fordøjelses-system. Billedet er taget i forbindelse med et forskningsprojekt, der undersøger nye typer af ’delivery systems’ til oral levering af medicin, hvor der i dette tilfælde bliver brugt små beholdere på mikroskala.

Et spil af farver, der lige akkurat afslører nok til, at man foruden en rottes skelet kan syne små mikrocontainere. Billedet minder en om den generelle kompleksitet af skelettets anatomi, samtidig med det afslører den utrolige skønhed, som man kan opnå ved hjælp af røntgen-billeddannelse. Vinderen af 1. pladsen i Danmarks Grundforskningsfonds Fotokonkurrence 2022 viser et computertomografisk skanningsbillede af en rotte, som har røntgenkontrast-fyldte mikrocontainere fordelt i dens fordøjelses-system. Billedet er taget i forbindelse med et forskningsprojekt foretaget af grundforskningscenteret IDUN på DTU. Projektet har de sidste 10-15 år undersøgt ’delivery systems’ til oral levering af medicin, og på nuværende tidspunkt eksperimenterer forskerne med små beholdere på mikroskala.

”Billedet stammer fra et studie, der omhandler såkaldt ’drug delivery’, som oversat til dansk er levering af lægemidler. I vores gruppe har vi arbejdet med et meget lille device, som kaldes for mikrocontainere, de seneste femten år – så også lang tid før jeg faktisk kom til forskningsgruppen,” fortæller Ph.d.-studerende Rolf Bech Kjeldsen, som har taget og indsendt vinderbilledet.

Små beholdere på mikroskala

De såkaldte mikrocontainere er små åbne beholdere på størrelse med et sukkerkorn, hvori man finder et indre hulrum, der kan fyldes med forskellige lægemidler. Når lægemidlet er fyldt i hulrummet, forsegles den åbne beholder med et tyndt beskyttende pH-sensitivt låg.

”Mikrocontainerne er mere eller mindre på størrelse med et sukkerkorn, så der er altså tale om cirka 300-400 µm. Man kan fylde et hvilket som helst lægemidler ind i selve mikrocontainerne. Det kunne være standard lægemidler som for eksempel paracetamol, der er det aktive stof i hovedpinetabletter, eller mere avancerede ting som for eksempel vacciner eller sågar insulin,” forklarer Kjeldsen.

Når mennesker indtager noget oralt, så skal det igennem vores mavesæk, som principielt set er designet til at nedbryde mange af de nøglekomponenter, som medicin også består af. Det handler altså om at få lægemidlet igennem mavesækken og ned til tyndtarmen, hvor det absorberes over i blodbanen for at opnå en højest mulig effekt af medicinen.

”Det tynde pH-sensitive låg beskytter lægemidlet, så det når frem til tarmene før låget begynder at gå i opløsning, hvorefter lægemidlet frigives og dernæst bliver absorberet over i blodbanen,” uddyber Kjeldsen.

Interessen for at finde nye orale lægemidler har eksisteret længe, da det er den doseringsform, som har den største ’patient compliance’ – et begreb for i hvilken grad man overholder den anbefalede behandling – men i kølvandet på Covid-19 har der været en nyfundet interesse, da man oplevede, hvor tidskrævende og besværligt det var at transportere og masse-administrere vacciner.

”Allerede inden Covid-19 ramte verden, arbejdede vi generelt henimod orale vacciner ved hjælp af mikrocontainere, men det er klart, at interessen har været hastigt voksende under epidemien.”

Mikrocontainerens rejse igennem fordøjelses-systemet

For at få en bedre forståelse af, hvad der sker med mikrocontainerne, når de bliver doseret oralt, og derefter bevæger sig igennem fordøjelses-systemet, så er mikrocontainerne blevet fyldt med et røntgen-kontraststof. Røntgen-kontrastoffet sørger for, at man efterfølgende kan se mikrocontainerne ved hjælp af computertomografisk skanning.

”Billedet viser, hvordan mikrocontainerne opfører sig efter, de er blevet oral doseret og kommer ned i maven og derfra videre ind i tarmsystemet. Det er taget med computertomografisk skanning, som er en teknik, vi også kender fra hospitaler. Her bliver det ofte brugt i forbindelse med brækkede knogler. Alle de enkelte små røde prikker, som man kan se, er de røntgenkontrast-fyldte mikrocontainerne. Hvis jeg ikke på forhånd havde fyldt mikrocontainerne med et røntgen-kontrastof, så ville de ikke tone frem på billedet, og man ville ikke rigtigt kunne identificere og kvantificere dem,” beretter Kjeldsen.

Efter at rotten var blevet doseret oralt med de røntgenkontrast-fyldte mikrocontainere, blev der taget løbende computertomografiske skanninger for at studere deres bevægelse i fordøjelses-systemet over tid. Vinderbilledet viser rotten fem timer efter doseringen blev foretaget, hvor man kan se, at mikrocontainerne er fordelt jævnt ud i fordøjelses-systemet.

”Noget af det, som vi især ser på, er om mikrocontainerne sætter sig fast i tarmvæggen, eller om de blot passerer hurtigt igennem systemet.”

Skønhed og kompleksitet i ét

Mens røntgen-skanningsbilleder er yderst ressourcestærke og hviler på en stærk teknik, så har de også en æstetisk skønhed over sig, som vi i år bliver mindet om her med vinderbilledet af rotten.

”Billedet minder en om den generelle kompleksitet af skelettets anatomi samtidig med, at det afslører den utrolige skønhed, som man kan opnå ved hjælp af røntgen-billeddannelse.”

Studier med mikrocontainere i rotter er kun det første skridt i en længerevarende forskningsproces, hvor forskningsgruppen på nuværende tidspunkt så småt er rykket videre og har lavet et indledende studie med kaniner. Dette næste studie benyttede sig af samme princip med røntgen-billeddannelse, hvor data/billedbehandlingen fortsat er i gang.

”I forhold til hvordan mikrocontainere opfører sig i et større dyr som f.eks. en kanin, så har vi endnu ikke kunnet konkludere noget. De to cases med henholdsvis rotter og kaniner er dog meget forskellige. En rotte har generelt set en noget hurtigere transittid end en kanin. Fra det øjeblik hvor en rotte spiser noget, til det kommer ud i den anden ende er relativt kort, få timer. Transittiden er længere i kaniner, endnu længere i grise og endnu endnu længere i mennesker, som man jo selv ved. Det bliver spændende at fortsætte ad den vej hvad angår større dyr – og måske endda mennesker på et meget senere tidspunkt”, fortæller Kjeldsen.

Rolf Bech Kjeldsens tid som Ph.d.-studerende er ved at rinde ud, men han har fået støtte til at forsætte forskningen, hvor han for en kortere periode fremadrettet får ansvaret for ’imaging’-aktiviteter i forskningsgruppen.

”Jeg kommer generelt til at være ansvarlig for ’imaging’-aktiviteter og skal fortsat kigge på, hvordan mikrocontainere opfører sig, men jeg skal også se på, hvordan vi kan undersøge det uden at slå forsøgsdyrene ned til sidst. Derudover arbejder vi jo som sagt også med vaccinelevering, men der er også en stor interesse for insulinlevering, og jeg tror faktisk, at det bliver der, mit primære fokus kommer til at ligge,” afslutter Kjeldsen.

Alle studierne er foretaget på grundforskningscenteret IDUN ved DTU.

Læs mere om Rolf Bech Kjeldsen og hans forskning her:

Læs ”X-ray Imaging for Gastrointestinal Tracking of Microscale Oral Drug Delivery Devices” her

Læs ”Mikrocontainere: fremtidens vacciner kan være på størrelse med sandkorn” her