"Effekten heter akustisk strömning. Jag gjorde också upptäckten. Bara 150 år för sent. Wow!"

Ingenjör – läkare – företag. Det är kedjan som strävar mot målet att bota cancerpatienter. Per Augustsson, docent i biomedicinsk teknik vid LTH, är en viktig länk. Han bidrar med en ingenjörskonst som får blodets byggstenar att skiljas åt med hjälp av ultraljud i miniatyrlabbet ”lab-on-a-chip”.

Stefan Danielsson – Publicerad den 20 March 2019

Per Augustsson. Foto Håkan Röjder.

Per Augustsson tar emot i sitt arbetsrum. Här gör han sina beräkningar och modeller framför datorn. I rummet intill tronar mikroskopet. Där testas hypoteserna i verklighetens ingenjörspraktik.

– Alla frågar, ”Vad ska man ha detta till? Varför bekostar vi din forskning?”. Det måste man kunna svara på. Men också ha klart för sig att de flesta projekt bara leder ett litet steg framåt i ett stort sammanhang.

Per Augustsson är ingenjör och musiker. Han studerade på musikkonservatoriet i Köpenhamn innan teknikintresset tog över. Nu spelar han trumpet i Lundabandet Bobbe Big Band på fritiden.


Orgel och chip


Hans moderna experiment bygger på gammal kunskap om ljud.  Den tyske fysikern August Kundt kom på tekniken. Han skapade ett instrument i mitten av 1800-talet för att studera ljudvågor. Med hjälp av en orgelpipa fick han vibrationer att förflytta och separera partiklar.

– Jag tror inte min musikerbakgrund är anledningen till att jag forskar på ljud. Om ultraljudet kunde höras vore det ett väldigt monotont piiiip. Men visst finns det intressanta kopplingar till musik och kultur. Grundforskning är ett uttryck för mänsklig kultur. Vi följer vår kunskapstörst på jakt efter nytt vetande. Är det värt att gå till den platsen? Den avvägningen måste göras.

Per Augustsson visar sitt arbetsredskap. Det ser inte alls märkvärdigt ut. Ett litet rektangulärt objektglas med ett par tunna sladdar och några slangar. Det är ett ”lab-on-a-chip”.

I ett vanligt labb utsätter man celler för kemikalier och använder provrör. Forskarna gör analyser som kräver stora volymer, utrymmen och maskiner. I lab-on-a-chips mikroteknologi är labbet krympt till en liten glasplatta med ett chip. Det behövs extremt lite blod. Små droppar tvingas in i en flödeskanal, några hårstrån tjockt.

När ultraljudet kopplas på delar blodets olika beståndsdelar upp sig. Röda blodkroppar, som är tunga av järn, väljer en väg. De olika vita blodkropparna reagerar på ett annat sätt beroende på densitet och volym.

– Vårt chip kan utföra samma saker som en centrifug. Cellerna strömmar rakt igenom chippet och sorteras på vägen. Detta lilla format är utmärkt för den som vill bygga automatiserade system för att analysera celler, säger Per Augustsson.

Tanken är att lab-on-a-chip i framtiden ska medföra fler patientnära analyser, till exempel i samband med ett besök på en vårdcentral. Det finns en trend bort från centraliserade sjukhuslabb. Analyser görs istället helst där patienten är.

– Snabba svar medför att man snabbare kommer vidare i utredningen. Det är både ekonomiskt fördelaktigt och bättre för patienten. Vi hoppas vår teknik kan bidra till att förenkla och förbättra avancerade analyser, säger Per Augustsson.


Verktyg vid cancer


Per Augustsson vill ge läkare och biologer bättre verktyg, och därmed underlätta granskningen av funktionen hos celler som finns i blodet, exempelvis vita blodkroppar som kallas neutrofila granulocyter. Hur gör neutrofilerna när de attackerar en bakterie? En del äter upp fienden andra förgiftar dem. Andra celler, som exempelvis natural killer-celler (NK-celler), attackerar celler som angripits av cancer eller virus.

– Läkarna är intresserade av biologin bakom immunförsvarets celler. Jag kan bidra genom att urskilja blodkroppen på ett praktiskt sätt. Snabbt och med mindre mängd blod i mitt lab-on-a-chip.

När en person behandlas för cancer slås immunförsvaret ut när man försöker komma åt cancercellerna. I pågående projekt undersöker Per Augustsson och hans kollegor vid LTH möjligheten att identifiera och spara undan bestämda typer av vita blodkroppar via lab-on-a-chip separation.

– Vår vision är att återföra blodkropparna till patenten efter behandlingen för att bygga upp immunförsvaret igen. Forskningen görs i samarbete med hematologen Stefan Scheding vid Lunds universitet.

I ett annat projekt hjälper Per Augustsson cancerbiologer att studera cancerceller, som cirkulerar i blodet. Hur etablerar de sig på nya platser? Även här är det betydelsefullt att kunna ta fram just dessa celler för närmare granskning. Identifieringen görs genom att undersöka olika cellers akustiska fingeravtryck.

Utöver att granska biomedicinska användningsområden för akustisk separation av celler så utforskar Per Augustsson även den underliggande fysiken.

– Vi kontrollerar hur mikroskopiska partiklar förflyttas av ljudet under ett mikroskop. Genom att sammanställa data för position och hastighet för tusentals enskilda partiklar kan vi studera formen och styrkan av ljudfältet inuti chipet, precis som Kundt gjorde för 150 år sedan.

Per Augustsson jobbar i nära samarbete med teoretiska fysikern Henrik Bruus vid Danmarks Tekniske Universitet strax utanför Köpenhamn. Forskarna jämför experiment med teori för att förstå möjligheter och begränsningar med denna teknologi.

Nystädat

Många människor är beroende av Per Augustssons ledarskap. Studenter, doktorander och kollegor. Igår gick ansökningstiden ut för en viktig forskningsfinansiär.

– Nu är här städat. Du skulle ha varit här tidigare. Papper överallt. Forskningsbidrag från externa finansiärer är nödvändiga för att kunna genomföra forskning vid svenska universitet och högskolor. Jag har jobbat mot en deadline och varit helt fokuserat. Bidraget ger 15 miljoner under fem år. Med de medlen kan jag anställa två doktorander, en postdoktor och finansiera delar av min egen lön.

Per Augustsson måste måla upp en säljbar vision för att få en vinst i denna världsomspännande konkurrensutsatta tävling.

– Det är utvecklande att skriva ansökningar. Du tvingas bli konkret och presentera en hållbar projektplanering. Huvudidéerna föds när jag bygger program och simulerar en tänkt verklighet eller gör experiment i labbet. När ett projekt väl är i igång får det kanske en delvis annan inriktning. Man måste hålla ögonen öppna för oväntade saker.

Som doktorand kunde han bli extremt tunnelseende och var ofta den siste att lämna arbetsplatsen. Idag gäller nya rutiner med att hämta och lämna son och dotter på dagis varannan dag.

Briljant forskare?

En nyskapande forskare måste kunna lyfta blicken och se det nya.

– Vad är giltigt just nu inom ditt forskningsfält? Var finns nyheterna? Du måste tänka nytt!

Per Augustsson bygger fortfarande delar av sin forskning på det arbete som han gjorde under sin tid som postdoktor i USA. Han skickade in sina resultat inom akustik till Nature Communications. Och fick den antagen.

– Det är livsviktigt för en forskare att bli publicerad i ansedda vetenskapsmagasin.

Tio år tidigare, 2006, när Per Augustsson gjorde sitt examensarbete, fick han uppleva ett lyckligt ögonblick, känslan av att ha gjort en vetenskaplig upptäckt.

– Jag separerade partiklar och förväntade mig att de var för små för att reagera på ljudet. Men de började plötsligt vandra när jag skruvade upp ljudvolymen. Effekten heter akustisk strömning och visade sig vara ett känt fenomen. Men jag gjorde också upptäckten. Bara 150 år för sent. Wow! Efter det var jag fast. Bara att jobba sig ikapp.

 

Fakta | Lab-on-a-chip

Ett labb-på-chip (LOC) integrerar en eller flera laboratoriefunktioner i en enda integrerad krets – oftast ett chip som mäter några få millimeter till ett par kvadratcentimeter. LOC kan hantera extremt små vätskevolymer, mindre än en kubikmillimeter stora.

Dagens LOC-utveckling går bland annat mot nya snabba medicinska diagnostikmetoder som kan utföras i hemmet eller på en mindre läkarmottagning.