NMR-maskinen til høyre har en feltstyrke på 20 tesla, operer på 850 MHz, og kostet over 20 millioner kroner. Den ble kjøpt med midler fra Forskningsrådet. Maskinen til venstre er kjøpt inn i år med midler fra Bergens forskningsstiftelse, Sparebankstiftinga Sogn og Fjordane, Helse Bergen, og Universitetet i Bergen, og har har lavere feltstyrke på rundt 15 Tesla.
NMR-maskinen til høyre har en feltstyrke på 20 tesla, operer på 850 MHz, og kostet over 20 millioner kroner. Den ble kjøpt med midler fra Forskningsrådet. Maskinen til venstre er kjøpt inn i år med midler fra Bergens forskningsstiftelse, Sparebankstiftinga Sogn og Fjordane, Helse Bergen, og Universitetet i Bergen, og har har lavere feltstyrke på rundt 15 Tesla. (Bilde: Marius Valle)
EKSTRA

NMR-spektroskopi

Disse maskinene har potensial til å revolusjonere helsen din

Kraftig MR og programvare utviklet for oljeindustrien kan stille diagnose på 15 minutter.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 199,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

I en ikke altfor fjern fremtid kan mange sykdomsdiagnoser stilles på minutter. Det blant annet takket være det norske Fjordomics-prosjektet, som tar i bruk teknologi på nye måter.

De analyserer små mengder blod, får ut profiler av hundretusenvis av variabler, og analyserer så disse for å komme frem til et resultat. Resultatet kan gi indikasjoner til videre behandling.

Analysen tar et kvarter, og det eneste som kreves er 140 mikroliter serum. I prinsippet kan også urin og vevsprøver analyseres. Det hele kan føre til en omvelting i hvordan helsesektoren fungerer. Helsepersonell kan bruke mer tid på behandling, og mindre på å stille diagnoser.

– Det er en medisinsk revolusjon som nå er i gang, sier Olav Martin Kvalheim, professor på Kjemisk institutt ved Universitetet i Bergen. 

Han forklarer at de ved hjelp av matematisk dataanalyse kan se mønstre som indikerer risiko for å utvikle sykdommer. Disse analysene for tidlig diagnose av brystkreft har vist seg å være 80 til 85 prosent korrekte.

Uten denne metoden kan man risikere å gå mange år før symptomer viser seg, og en vanlig klinisk diagnose kan være tidkrevende.

Speiler utviklingen i industrien

Å gjøre dette til en integrert del av helsetilbudet vil ta tid. Men i fremtiden vil man kunne gjøre brede, undersøkende analyser, og store deler av dette kan automatiseres. Det er en utvikling som kan minne om det som skjer i industrien, mener professoren.

Professor Olav Martin Kvalheim ved Kjemisk institutt ved Universitetet i Bergen.
Professor Olav Martin Kvalheim ved Kjemisk institutt ved Universitetet i Bergen. Bilde: Marius Valle

Prosjektet er et samarbeid mellom Helse Førde, Helse Bergen, Høgskulen på Vestlandet, NTNU og Universitetet i Bergen, og er del av en større norsk satsing på kjernemagnetisk resonansspektroskopi kalt Norwegian NMR Platform (NNP).

Kjernemagnetisk resonansspektroskopi, kanskje bedre kjent under den engelske forkortelsen NMR, er enkelt sagt det samme som MR-undersøkelse, som brukes til å avdekke for eksempel svulster i kroppen.

Forskjellen er at man med NMR undersøker prøver. Siden ingen mennesker skal være plassert inni maskinen, kan feltstyrken økes betraktelig.

Åpner en ny verden

En vanlig MR-maskin er en tunnel hvor det er plassert en elektromagnet. Når denne magnetiseres opp vil hydrogenatomer rette spinnretningen langs magnetfeltet. Sensorer gjør det så mulig å skape bilder av dette, basert på posisjonen til vannmolekyler. En moderne MR-maskin for avbildning har som regel en feltstyrke på 3 Tesla.  

Prøvene plasseres i maskinen, som bruker omtrent 15 minutter på hver blodprøve. Maskinen på bildet analyserer ikke blodprøver.
Prøvene plasseres i maskinen, som bruker omtrent 15 minutter på hver blodprøve. Maskinen på bildet analyserer ikke blodprøver. Bilde: Marius Valle

NMR er i prinsippet det samme, men feltstyrken er her typisk 16 til 20 Tesla, som oppnås ved hjelp av superledere kjølt ned til 4 Kelvin. Det ville vært uforsvarlig å plassere et menneske i et slikt magnetfelt. Her er heller ikke målet å lage bilder av kroppens organer.

I stedet brukes spektroskopi for å danne et spektrum for å karlegging på molekylært nivå. Det gir et «fingeravtrykk» av molekyler. Det gjør det mulig å bestemme hvilke molekyler som finnes, konsentrasjonen av disse og strukturen de har.

Ut av én blodprøve får man en spektral profil med titusenvis av datapunkter, som viser hva som finnes i blodet.

Tidlig ute

NMR-maskiner brukes ellers i kjemien til å bestemme molekyler, og er som sådan en vanlig teknologi. Det brukes stadig mer innen medisin, men som et verktøy for å stille diagnoser er dette nytt, forklarer professor Kvalheim.

– Der er vi ganske tidlig ute. I Norge er det bare NTNU som har et instrument som ligner på dette, på St. Olavs hospital, sier Kvalheim.

140 mikroliter blod er alt som skal til. Prøvene settes så inn i NMR-maskinen. Førsteamanuensis Jarl Underhaug ved NNP-senteret ved UiB.
140 mikroliter blod er alt som skal til. Prøvene settes så inn i NMR-maskinen. Førsteamanuensis Jarl Underhaug ved NNP-senteret ved UiB. Bilde: Marius Valle

Ved Universitetet i Bergen har de to ulike NMR-maskiner, som opererer med ulik feltstyrke. Her kan de også avbilde fosfor, i tillegg til hydrogen, karbon og nitrogen.

I tillegg har universitetet to NMR-maskiner installert ved Realfagsbygget. 

– Vi ser på atomene. Det er de som i nærvær av det kraftige magnetfeltet og litt radiobølger som lager fingeravtrykkene vi ser på. Hovedsakelig ser vi på hydrogen som er veldig sensitivt og gir mye signal, så ser vi og på karbon 13-isotopen, nitrogen 15-isotopen, og fosfor 31. Fosfor brukers til å studere lipider, som er en av komponentene som utgjør cellemembraner, sier Jarl Underhaug, førsteamanuensis ved Kjemisk institutt på Universitetet i Bergen, og leder for den norske NMR-plattformen.

Man sender en elektromagnetisk puls inn i prøven, og måler når prøven sender deler av pulsen tilbake. Råsignalet analyseres på tid og frekvens, og man sitter igjen med et spektrum.

Her vises molekylene som topper, og man kan raskt se om de molekylene man ser etter finnes i prøven.

– Hvis du ser på en blodprøve har du kanskje tusenvis av forbindelser. Da får du mange signaler som ligger delvis oppå hverandre, og det blir veldig vanskelig å analysere det. Vi kan enkelt bestemme konsentrasjonen av ett stoff, men om det er hundre som ligger delvis oppå hverandre, så klarer ikke jeg det manuelt, forklarer Underhaug.

Big data

Her kommer databehandlingen inn i bildet. Har man analysert blod fra 50 friske personer, og så analysert blod fra 50 personer med for eksempel multippel sklerose, så er det ikke nødvendig å identifisere enkeltforbindelser i blodet.

– I stedet ville jeg sammenlignet de to klassene av spektra, og funnet de områdene hvor de er forskjellige, og fokusert på disse. Da vil man typisk finne at 99,9 prosent er likt. Det er de siste 0,1 prosentene som er mønsteret vi ser etter, sier Kvalheim.

NMR-instrumentene lager spektre som viser konsentrasjonen av ulike molekyler. Disse dataene analyseres videre i programvare utviklet ved Universitetet i Bergen.
NMR-instrumentene lager spektre som viser konsentrasjonen av ulike molekyler. Disse dataene analyseres videre i programvare utviklet ved Universitetet i Bergen. Bilde: Marius Valle

Det er dermed en annen måte å bruke instrumentet på. I stedet for å lete etter spesifikke stoffer, leter man etter forskjeller i mønstrene for friske og syke. Dette er i praksis Big data i helsevesenet.

Ulike forbindelser har imidlertid ulike fingeravtrykk i spektrumet, slik at det er mulig å også finne ut hva forskjellene er. Det kan for eksempel være snakk om mengder lipider og kolesterol.

I prinsippet kan instrumentene ved NTNU og UiO gjøre det samme som instrumentene ved UiB, men det er databehandlingen som er forskjellen, forklarer Underhaug.

Her er det utviklet algoritmer, og nye er under utvikling. Uten databehandlingen hadde det ikke vært noe poeng å drive med disse blodanalysene.

– Da hadde du sittet med masse data som du ikke ville klart å konvertere til informasjon, sier Kvalheim.

Basert på programvare utviklet for oljenæringen

Teknologien som brukes til å analysere dataene fra instrumentene ble utviklet ved Universitetet i Bergen allerede på 80-tallet, men da i samarbeid med oljeindustrien.

På slutten av 80-tallet begynte de å se på mulighetene for å benytte den til medisinsk anvendelse.

Den gangen var det kreftforskning som var i fokus, og de ønsket å se om det var mulig å diagnostisere kreft fra blodprøver. Instrumentene man da hadde tilgjengelig var ikke gode nok. Nå har NMR-teknologien kommet så langt og analysene blitt såpass raske og billige at det er mulig å gjennomføre dette arbeidet i praksis.

Danske forskere publiserte i fjor et studie som viste at det er mulig å stille brystkreftdiagnose to år tidligere enn med de vanlige kliniske metodene. Dette gjøres ved hjelp av metabolomikk.

NMR-maskiner ved NNP-senteret i Bergen.
NMR-maskiner ved NNP-senteret i Bergen. Bilde: Marius Valle

Det vil si at man ser på mønstre i stoffskiftet på molekylært nivå. Særlig er fettstoffskiftet i fokus.

Klinikere i Helse Førde og forskere ved Høgskulen i Sogn og Fjordane har brukt teknologien til å se på endringer her på pasienter som har gjennomgått fedmeoperasjoner, eller lagt om livsstilen.

Robotisering

De første NMR-maskinene i NNP ble finansiert av Forskningsrådet, og kostet rundt 20 millioner kroner stykket. Det ble da kjøpt inn slike instrumenter til Universitetene i Oslo og Bergen, og NTNU.

UiB-rektor Dag Rune Olsen klipper snoren under en åpningsseremoni for det nyeste NMR-utstyret ved NNP-plattformen denne uken.
UiB-rektor Dag Rune Olsen klipper snoren under en åpningsseremoni for det nyeste NMR-utstyret ved NNP-plattformen denne uken. Bilde: José Carlos Reyes Guerrero

Det nyeste tilskuddet er en mindre maskin, som kostet 13 millioner kroner, og er instrumentet som i stor grad kommer til å brukes til klinisk forskning.

I tillegg kommer noe over 20 millioner kroner for bygget som ble bygget til senteret.

– Men om du robotiserer prepareringen av blodprøvene kan du klare 30.000 prøver i året. Da blir prisen per prøve veldig lav i snitt, sier Kvalheim.

Han ser for seg at man om ti år har en slik løsning, som kjører kontinuerlig. Drømmen er å ha mange NMR-maskiner på senteret i Bergen, hvor blodprøver av alle innbyggerne gjør det mulig å følger helseutviklingen til hver person.

Mulighet for bred screening

Det kan gi nye muligheter storstilt screening av sykdommer, ved at utviklingen kan følges og man tidlig kan se om det er endringer på gang, hvilke endringer det er snakk om, og hvilke sykdommer man risikerer å utvikle.

– Da er du din egen kontroll. Det kan faktisk komme, men det krever at man har flere slike instrumenter. Det er kanskje ikke nødvendig å ta en prøve hvert år, men når man er rundt 50 år burde man kanskje unne seg å ta en slik blodprøve i året, sier Kvalheim.

Det blir omtrent som med prostataundersøkelser. Om man ikke vet noe om utgangspunktet, er det vanskelig å si noe om endringene. Det samme gjelder kolesterol – vi er forskjellige, og det som er et høyt nivå for én person er ikke nødvendigvis det for en annen.

Om du vet hva utgangspunktet var, er det lettere å se om det er en endring.

– 30 til 40 prosent av alle sykdommer er relatert til livsstil med blant annet risiko for hjerte- karsykdommer. Her er NMR den absolutt beste teknologien du kan få. Hadde vi fulgt folk kunne vi sett tidlig at folk havner i en risikosone, før de blir syke. Så kunne man korrigert. Det er drømmescenarioet, sier Kvalheim.

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)