MedMAX - ett strålrör för medicinsk forskning

MedMAX LUNDS UNIVERSITET | ETT STRÅLRÖR FÖR MEDICINSK FORSKNING

Medicinsk bildvetenskap - från atom till anatomi MedMAX är ett unikt mikroskop för medicinska röntgenbilder, med högre upplösning och kontraster än något annat befintligt instrument.

MedMAX kommer att ge unika möjligheter att åskådliggöra händelser och processer på en mikroskopisk nivå som vi tidigare bara kunnat drömma om. Forskarvärlden, såväl läkarstudenter som kliniska forskare, kommer att få hjälp att förstå vad som händer i en kropp med diabetes, hjärnsjukdomar eller kärlsjukdomar och att påverka utvecklingen av nya metoder för cancerbehandling, MedMAX kommer att bestå av två experimentstationer, en för högupplöst avbildning och en för att undersöka hela organ eller till och med mindre djur. MedMAX kommer att bli ett av de tjugofem strålrören vid synkrotronforskningsanläggningen MAX IV som är under uppbyggnad i Lund. Lunds universitets Bioimaging Centre och andra befintliga avbildningsfaciliteter vid Lunds universitet kommer att komplettera verksamheten vid MedMAX och säkerställa att den blir framgångsrik.

MAX IV är den största enskilda investeringen i forskningsinfrastruktur i Skandinavien.

MAX IV byggs av Lunds universitet med stöd från bland annat Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, tolv svenska universitet, Vetenskapsrådet samt i nära samarbete med ytterligare svenska och internationella partners. Anläggningen öppnar sommaren 2016 och ligger i anslutning till Lunds universitet, Skånes universitetssjukhus, Science Village Scandinavia, innovationsparkerna Medicon Village och Ideon samt den kommande europeiska neutronstrålningsanläggningen ESS. Öresundsregionen har en unik bredd och spets inom medicinsk forskning i olika bioteknik- och läkemedelsföretag, vilket underlättar utvecklingen och överföringen av världsledande forskning till medicinsk verksamhet med global inverkan.

Den revolutionerande acceleratorteknologin på MAX IV kommer att förändra vårt sätt att se på världen och hur läkarvetenskapen kan ta hjälp av bilder.

”MedMAX unika design särskiljer det från alla andra medicinska forskningsstrålrör. Med dess hjälp kommer vi att kunna ta fram nya behandlingar och läkemedel, nya avbildningstekniker och avancerade instrument för avbildning och detektion, samt få en grundläggande förståelse för biomedicinska problem och läkemedelsframtagning.” William Thomlinson, expert inom medicinsk synkrotronavbildning

”Genom MAX IV får läkemedelsindustrin helt nya förutsättningar att utforma mer precisa och ändamålsenliga mediciner. Även utvecklingsprocessen kommer att påverkas och kan komma att innebära lägre kostnader än i dag.” Sarah Fredriksson, VD, Genovis

En investering med möjlighet att förändra DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX MedMAX kommer att användas för avbildningsteknikerna faskontrast och elementaranalys, samt göra det möjligt att undersöka strålningseffekter. Faskontrast är vida överlägsen traditionell absorptionsbaserad röntgenteknik och kan användas för att studera subtila vävnadsförändringar vid sjukdomar som cancer, Alzheimer, Parkinson och benskörhet. Tekniken lämpar sig också väl för ökad kunskap om tänder och gränsskiktet mellan benvävnad och implantat.

Med elementaranalys detekteras och kvantifieras bland annat förekomsten av specifika ämnen i biologiska prover, till exempel upptag och spridning av läkemedel eller giftiga ämnen.

Elementaranalyserna från MedMAX kan också ge oss nya kunskaper om sjukdomsprocesser på cellnivå. Till exempel om stamceller och deras möjligheter, regenerering av hjärtmuskelvävnad vid infarkter och av nervtrådar vid skada och sjukdom samt nya insikter om astma, KOL och andra lungsjukdomar.

Flera forskargrupper, både i Lund och i andra delar av världen, står på gränsen till stora genombrott på de här områdena.

För att kunna ta nästa steg i forskningsutvecklingen och verkligen nå fram till genombrotten som leder till bättre och tidigare diagnoser samt förmåga att fördröja eller bota sjukdomar behövs avancerade metoder och verktyg. MedMAX är ett sådant verktyg – en avancerad röntgenanläggning som gör det möjligt att förstå, förklara och förbättra människors liv.

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Synkrotronstrålningen vid MedMAX experimentstation kommer att ge världsledande precision, både vad gäller lokalisering och kontrast. MedMAX kombinerar avbildning i två och tre dimensioner med möjligheter till dynamiska tidsstudier. Tillsammans med en upplösning och mjukvävnadskontrast som saknar motstycke i världen är enastående framgångar inom räckhåll.

BUDGET MEDMAX: - Konstruktion av strålrör: 130 mnkr - Forskarskola för 20-talet doktorander: 5 mnkr - Strategisk rekrytering av två professorer: 20 mnkr

”MedMAX är ett instrument som ger de skarpaste röntgenbilder man kan skapa på jorden. Teknologin innebär ett betydande framsteg där vi med förfinade metoder kan studera sjukdomsprocesser med allt bättre bildupplösning.

MedMAX kommer att ge oss forskare och kliniker helt nya möjligheter att bedriva forskning i frontlinjen.” Kristina Lång, läkare, Bild- och funktionsmedicin, Skånes universitetssjukhus

FORSKNING I VÄRLDSKLASS Lunds universitet rankas som ett av de 100 bästa universiteten i världen och som ett av Skandinaviens främsta forskningsuniversitet. 47 000 studenter, drygt 3 000 forskare och 650 professorer vid åtta fakulteter bedriver forskning i världsklass inom bland annat medicin, materialvetenskap och hållbar utveckling, I Lund möts mångfalden och några av vår tids skarpaste hjärnor i en forsknings- och utbildningsmiljö som skapar en utmärkt grogrund för vetenskapliga genombrott. Tillsammans arbetar vi alla för att förstå, förklara och förbättra vår värld och människors villkor.

DIN INSATS GÖR SKILLNAD När du väljer att stödja MedMAX vid Lunds universitet blir du en del i vårt gemensamma kunskapssökande. Vid Lunds universitet kan du alltid hitta ämnen eller områden som ligger dig varmt om hjärtat, oavsett om det handlar om att skapa ett hållbart samhälle eller lösa gåtan bakom en specifik sjukdom. Vi skräddarsyr en lösning tillsammans och du vet precis vart pengarna går och vad vi har kunnat åstadkomma tack vare din insats.

MER INFORMATION OM MEDMAX Martin Bech, 046-17 85 42, Martin.Bech@med.lu.se Tomas Lundqvist, 046 70-846 76 88, Tomas.Lundqvist@maxlab.lu.se Internet: www.maxlab.lu.se/medmax KONTAKT DONATORRELATIONER Ulrika Nilsson, 046-222 34 39, ulrika.nilsson@rektor.lu.se

LUNDS UNIVERSITET Box 117 221 00 Lund Tel 046-222 00 00 http://www.lu.se

Foto: Gunnar Menander, Kennet Ruona, Franz Pfeiffer, Illustration MAX IV: Fojab Arkitekter AB

Lunds universitet – För en bättre värld

Nervskador och nervsjukdomar Med en ny oslagbar bildteknik kommer man att kunna kartlägga hur nervtrådar växer i naturlig och konstgjord miljö och påverkas av sjukdom för bästa behandling vid nervskada och nervsjukdom.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Funktioner i våra händer och ben styrs av elektriska signaler från hjärnan och ryggmärgen via nervtrådar i perifera nerver och ut till våra muskler. Känselimpulser från vår hud går i andra typer av nervtrådar upp till vår ryggmärg och hjärna för att tolkas. En skada på en perifer nerv hos en vuxen ger livslång invaliditet. Cirka 70 000 nya nervskador, som kräver reparation och rekonstruktion, uppstår varje år inom EU, vilket kostar omkring 2,2 miljarder Euro årligen.

Efter omfattande nervskador, då en defekt mellan de skadade nervändarna uppstår, kan defekten överbryggas med olika typer av konstgjorda reservdelar. Ett slags reservdel är nedbrytningsbara rör. Rören konstrueras av olika biologiska eller konstgjorda strukturer ”laddade” med speciella beståndsdelar och celler som stimulerar skadade nervtrådar att växa över defekten. Ett annat alternativ är att använda vävnader från donatorer, där celler först tagits bort kemiskt. Detta skapar en bra struktur som de utväxande nervtrådarna gärna använder för att överbrygga defekten.

Sjukdomar kan också orsaka nedsatt funktion i perifera nerver, s.k. neuropati. Ett exempel är diabetes, där patienter som drabbas av neuropati kan få fotsår med risk för amputation.

Foto med tillstånd från Prof Kirsten Haastert-Talini

KONTAKTPERSON Lars B. Dahlin, Handkirurgi Lunds universitet

Det finns en mängd andra orsaker till neuropati, där såväl nervtrådar som dess isolerande cellskikt påverkas i sin funktion och därmed riskerar att förtvina. De exakta mekanismerna bakom utvecklingen av neuropati är inte klarlagda.

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Med hjälp av MedMAX kan forskarna få en tredimensionell bild av reparationsprocessen efter ett reparerande ingrepp. MedMAX bidrar även till en förfinad kartläggning av processerna, dels i en perifer nervstam i samband med nervsjukdom, dels för en bättre analys av hur nervtrådar växer i konstgjorda miljöer. Detta skapar nya kunskaper för att utveckla den absolut bästa behandlingen till personer som är hårt drabbade med svåra skador. MedMAX ger forskarna möjlighet att förstå mekanismer vid neuropati, vilket innebär att nya behandlingsmöjligheter och läkemedel kan utvecklas för att återskapa funktionen i nerverna.

Benskörhet, implantat och brosk I takt med att vi blir allt äldre kommer det att finnas ett stort behov av bibehållen rörlighet. Avbildning med faskontrast-teknik ger helt nya möjligheter att studera benvävnad, ledbrosk och att den inopererade protesen håller.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Benskörhet (osteoporos) är en välkänd orsak till frakturer, men mycket är fortfarande okänt om de regleringsmekanismer som bidrar till att skelett under livscykeln tunnas ut och försvagas. I dag drabbas varannan svensk kvinna över 50 år av osteoporos. Brist på adekvat vård gör att många tvingas leva med livslång nedsatt rörelseförmåga, försämrad livskvalitet och stora kostnader för handikappsanpassning av hem.

Benvävnad är väl lämpad för avbildning med MedMAX. Undersökning med MedMAX kan ge viktig insikt i benvävnadens tredimensionella strukturer och mikromiljöns betydelse för transport av signaler. Man kan också studera förekomsten av mikroskopiska föroreningar, som länge har misstänkts påverka kristallstrukturen och därmed vävnadens biomekaniska egenskaper.

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Synkrotronavbildning används redan idag för att studera utveckling och tillväxt av ben och brosk hos spädbarn och ungdomar men även för att studera hur brosk bryts ner i en åldrande människa.

Synkrotronavbildning lämpar sig väl för studier av skelett och leder. Bildgivning med faskontrast-teknik ger högupplösta och detaljrika bilder av ledbrosk och benvävnadens arkitektur. Detta är idag inte möjligt att göra med konventionella metoder.

Vid Lunds universitet finns en stark forskningstradition av att studera vävnad rika på specialiserad extracellulärmatrix, som brosk, ben, muskler och lungor. MedMAX kommer att kunna bidra till denna forskning genom att ge forskarna möjligheter att studera strukturella och fysikaliska egenskaper hos frisk vävnad men även för att studera förändringar som orsakats av sjukdomar, såsom osteoporos. Mer kunskap om hur sjukdomarna uppstår och utvecklas är en förutsättning för att nya behandlingsformer ska kunna utvecklas.

Ett särskilt område är hur implantat, exempelvis proteser i höft, knä och hand, integreras efter operationer för att få bästa möjliga funktion. Detta är också ett fokus för forskning vid MedMAX.

Faskontrast-tomografi av ben-brosk gränssnitt.

Franz Pfeiffer, Technische Universität, München

KONTAKTPERSON Patrik Önnerfjord, Bindvävsbiologi, Lunds universitet

Kroniskt obstruktiv lungsjukdom (KOL) - en folksjukdom Synkrotrontekniken ger möjlighet att få detaljerad information om hur lungvävnad påverkas av läkemedel, vilket har en stor potential för genombrott i lungforskningen.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Kroniskt obstruktiv lungsjukdom, KOL, är en av vår tids stora folksjukdomar. I Sverige lider mellan 500 000–700 000 människor av KOL vilket motsvarar cirka 5–8 procent av befolkningen. Bara i Sverige avlider cirka 3000 personer varje år i KOL. KOL bedöms om några år vara den tredje största dödsorsaken i världen. Idag finns ingen bot. Den behandling som finns har som mål att lindra symptom eller hindra att sjukdomen utvecklas med ytterligare försämring som följd. Intensiv forskning pågår för att ta fram nya läkemedel, men det är svårt att i detalj studera och avgöra deras effektivitet på lungvävnad både i djurförsök och patienter.

Det är därför av stor vikt att ta fram nya metoder för att kunna studera effekter av läkemedel i på plats i kroppen. I Norden finns ett stort antal forskare som studerar hur behandlingen av KOL kan förbättras.

Faskontrast-tomografi av mikroskopiska alveoler i lunga.

Franz Pfeiffer, Technische Universität, München

KONTAKTPERSON Lars E Olsson, Medicinsk Strålningsfysik, Lunds Universitet

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Med MedMAX kommer forskarna att kunna studera effekter av potentiella läkemedel mot KOL. MedMAX kan ge detaljerad information med högupplösta bilder som visar hur lungvävnaden påverkas av olika läkemedel.

Genom MedMAX kommer forskarna att på ett unikt sätt kunna följa hur lungorna påverkas över tid under behandling Upprepade mätningar kan göras utan att behöva utföra operativa ingrepp.

Behovet av ett medicinskt strålrör är stort. Genom att utnyttja MedMAX för avbildning tillförs ny betydelsefull information och kunskap med potential för genombrott inom lungforskningen och för behandling av KOL och andra lungsjukdomar.

Innerörats sjukdomar Inbäddat i det komplexa innerörat finns känselmottagare och signalsystem för hörsel och balans, vilka med synkrotronteknik ges nya möjligheter att identifieras och studeras.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Sjukdomar i innerörat orsakar hörselnedsättning, dövhet, tinnitus och balansrubbning. Hörselproblem är ett stort kommunikativt problem i befolkningen.

Balansstörningar i sin tur orsakar akuta symptom i form av yrsel och kroniska besvär som balansrubbning, vilket kan leda till fall och frakturer. Även om den senaste utvecklingen av hörapparater och implantat ger viss lindring, finns det få behandlingar mot de bakomliggande orsakerna.

Innerörat är inneslutet djupt i det kompakta tinningbenet och är därför extremt svårt att studera med konventionella avbildningsmetoder. Innerörats anatomi består till stor del av vätskefyllda hålrum och örats funktion är beroende av rörelser mellan dessa sammanhängande delar.

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Med MedMAX kommer forskarna att kunna utveckla metoder for att visualisera skeenden bakom hörsel och balanskontroll och även studera förändringar som orsakas av sjukdom.

Synkrotronbaserad faskontraströntgen är en extremt känslig avbildningsteknik. Men hjälp av denna teknik kan forskarna studera innerörat med mycket hög upplösning, och bestämma koncentrationen av olika joner, som natrium och kalium, i vätskan. Man tror nämligen att en bakomliggande orsak till sjukdomar i innerörat kan vara förändringar i jonkoncentrationerna i innerörats vätskefyllda hålrum.

Forskarna vill identifiera känselmottagare (receptorer) och signalsystem i innerörat av betydelse för regleringen av hörsel och balans. Kunskap om detta kan användas för att utveckla nya läkemedel.

MedMAX kommer att tillåta extremt känslig visualisering av det levande innerörat. Örat kommer att kunna studeras under ljud- eller balans-retningar. Dessa studier kommer att bidra till att kasta nytt ljus över de grundläggande funktionerna i hörsel och balans och generera ny kunskap om vad som orsakar innerörats sjukdomar.

Innerörat.

Didier Descouens, Wikipedia commons

KONTAKTPERSONER Måns Magnusson, Öron-, näs- och halssjukdomar Lunds universitet Eva Degerman, Signaltransduktions-forskning Lunds universitet

Cancer och strålbehandling Världsledande egenskaper för avbildning möjliggör flerdimensionella bilder i hög upplösning - ett viktigt vapen mot cancer.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Strålbehandling är ett av våra viktigaste vapen i kampen mot cancer och cirka hälften av alla cancerpatienter strålbehandlas. Tack vare den tekniska och fysikaliska utvecklingen sker en ständig förbättring av utrustning och metoder för strålbehandling. Effekterna har i allt större utsträckning kunnat koncentreras till tumören för att därmed minimera risken för svåra biverkningar. Trots denna utveckling återstår vissa tumörsjukdomar, som tex svåra hjärntumörer och lungcancer, som ännu inte kan behandlas framgångsrikt med dagens strålbehandling.

Det finns möjligheter att lyckas med strålbehandling även av de mer komplicerade tumörerna, men det kräver en ökad kunskap om hur strålningsbiologiska mekanismer och effekter på cellnivå hänger ihop med tumörens respons och reaktioner i kroppens friska organ och system.

Faskontrast-tomografi.

Franz Pfeiffer, Technische Universität, München

KONTAKTPERSONER Crister Ceberg och Bo-Anders Jönsson Medicinsk Strålningsfysik Lunds universitet

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Synkrotronstrålningen vid MedMAX kommer att levereras med mycket hög precision. Tillsammans med MedMAX världsledande egenskaper för avbildning i två och tre dimensioner, med hög upplösning och stor kontrast i de mjukvävnader som undersöks, ger detta enastående möjligheter att studera strålningsbiologiska effekter på mikroskopisk nivå och hur strålning kan användas, både för konventionell strålbehandling och för utveckling av nya, innovativa behandlingsmetoder och cancerläkemedel. Genom translation av kunskap från MedMAX till kliniken kan detta bidra till att fler cancerpatienter botas från sin sjukdom i framtiden.

Hjärnsjukdomar Hjärnforskare kommer att kunna göra nya upptäckter tack vare säker och precis avbildning av sjukdomsprocesser i Alzheimer, Parkinson och hjärnblödning.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Förändringar i hjärnans inre är ofta orsakade av brist på blod och syre (ischemi och hypoxi). Stroke, som varje år drabbar 30 000 svenskar, är bara ett exempel på denna typ av sjukdomar. Tidig upptäckt bygger på en klinisk undersökning och hjärnavbildning som med säkerhet och precision känner igen olika typer av hjärnskador.

Här är tidsaspekten viktig - framgång med behandling förutsätter att man snabbt ställer rätt diagnos. Detta kräver i sig en noggrann intrimning av diagnostiken, vilket kan åstadkommas genom detaljerade jämförelser mellan olika analysmetoder.

Andra hjärnsjukdomar där både diagnostik och behandling behöver förbättras är bl.a. Alzheimers och Parkinsons sjukdom samt hjärntumörer. Det kräver också vävnadsanalyser.

Fig. Faskontrast CT av råtthjärna med tumör.

Franz Pfeiffer, Technische Universität München.

KONTAKTPERSONER Elisabet Englund, Avdelningen för patologi Lunds universitet Gunnar Gouras, Experimentell demens-forskning Lunds universitet

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX Synkrotronstrålning kan användas för att analysera vävnadsstrukturer utan att förstöra provet, och är därför ett mycket lovande verktyg för tredimensionell undersökning av hur vävnaden i frisk och sjuk vävnad fungerar.

Den avancerade typ av avbildning som kan göras med MedMAX kan, utöver studier av stroke, också utnyttjas för undersökningar av hjärntumörer, långdragna inflammatoriska hjärnsjukdomar och de neurodegenerativa sjukdomarna som Alzheimer, Parkinson och många andra tillstånd. MedMAX kan därvid ge viktiga nya insikter som inte är möjliga att få med de metoder som är tillgängliga idag.

Den nya kunskapen blir viktig för att dels bättre kunna ställa preciserad diagnos, men också för att följa sjukdomsutveckling och för att utvärdera behandlingsförsök. Förhoppningen är att detta ska bana väg för utveckling av nya behandlingsmetoder för sådana allvarliga sjukdomar.

Diabetes - en sjukdom som drabbar hela kroppen Det finns en stor potential i att få ny kunskap om diabetes sjukdomsmekanismer, med hjälp av nanopartiklar och högupplösta bilder.

DÄRFÖR BEHÖVS MEDMAX Diabetes är en folksjukdom som ständigt drabbar fler människor. Den är i hög grad en kärlsjukdom, där farligt höga nivåer av blodsocker påverkar hela kroppen via kärlsystemet.

De höga blodsockernivåerna skadar tillslut kärlen, vilket leder till diabeteskomplikationer, i form av bl.a. njursvikt, synnedsättning och kärlkramp.

En ökad förståelse om dessa skademekanismer skulle innebära nya möjligheter till behandling av en vår tids stora folksjukdomar.

DETTA KAN VI GÖRA MED MEDMAX MedMAX kan vara av stor betydelse för att hjälpa forskarna att förstå vad som sker i vävnader, inte minst i kärlen, hos en diabetiker.

Synkrotronbaserad mikroangiografi är ett potentiellt viktigt verktyg för att studera sjukdomsprocesser i kärl.

Genom att använda nanopartiklar belagda med signalmolekyler riktade mot kärlsystemet och omgivande vävnader, kan även glukosmetabolismen i kroppen studeras.

Avbildningen kan ge bra bilder med väsentlig information för förståelsen av interaktionen mellan molekyler i blodkärl och celler i olika organ. Ett annat viktigt mål i diabetesforskningen är att förstå beteendet hos betaceller i bukspottskörteln på mikroskopisk nivå, vilket skulle kunna vara möjligt med MedMAX. Med tidsupplöst faskontrastavbildning kan forskarna med MedMAX också studera mikroskopiska förändringar i celler och vävnader samtidigt som de stimuleras med näringsämnen eller störs av sjukdomsframkallande faktorer. Utvecklingen av sådan tidsupplöst avbildningsteknik kan erbjuda högupplösta filmer av sjukdomsprocesser för både typ 1, och typ 2, diabetes. Dessa kommer att ge forskarna redskap att hitta mycket tidiga symtom för diabetes.

MedMAX kommer även att kunna användas för att hitta olika sätt att hindra diabetesutveckling genom genetiska, immunologiska och farmakologiska behandlingar.

Faskontrastavbildning av mikro-vaskulära strukturer. Franz Pfeiffer, Technische Universität, München

KONTAKTPERSON Erik Renström, Islet patophysiology, Lunds universitet