Ørjan Grøttem Martinsen forener elektronikk og medisin

Er fisken fersk? Lever cellene? Er vevet friskt eller rammet av hudkreft?  Vinneren av UiOs innovasjonspris bruker elektrisitet til å karakterisere eller diagnostisere biologisk vev.

PÅ LABORATORIET: Apparatet på bildet bruker fysikkprofessor Ørjan G. Martinsen til å måle elektriske egenskaper i biologiske materialer.

Foto: Ola Sæther

– Jeg har alltid vært fascinert av elektrisitet, forteller vinneren av UiOs innovasjonspris, fysikkprofessor Ørjan Grøttem Martinsen.

Hva han ville bruke denne interessen til, brukte han imidlertid litt tid på å finne ut av. Etter videregående utdannet Martinsen seg til sterkstrømsingeniør ved Høgskolen i Gjøvik. Hvorfor han valgte sterkstrøm og ikke elektronikk, husker han ikke helt.

– Kanskje jeg ikke hadde poeng nok til å komme inn på elektronikk, funderer han.

Etter studiene arbeidet han i noen år med trafostasjoner og kraftverk i Siemens. Det var en utmerket jobb, og han forteller at han trivdes godt. At han etter hvert bestemte seg for å ta et hovedfag i fysikk, skyldtes at han ønsket å jobbe mer med mennesker.

Birkeland og Eyde

Drømmen var å jobbe med elektronikk og medisin. På Fysisk institutt ble den ferske hovedfagsstudenten rådet til å ta kontakt med professor Sverre Grimnes.

I tillegg til å lede det som den gang het Medisinsk-teknisk avdeling på Rikshospitalet, hadde Grimnes en professor II-stilling på Fysisk institutt og en sterk interesse for elektriske fenomener og hud, eller elektrisk bioimpedans som det heter på fagspråket.

Under Grimnes’ veiledning utviklet Martinsen et instrument for måling av elektriske egenskaper i hud. Dette hovedfagsarbeidet skulle komme til å markere starten på et samarbeid som varte helt fram til Grimnes for noen år siden trakk seg tilbake som forsker.

– Vi inspirerte og kompletterte hverandre på en veldig god måte, bemerker Martinsen og forteller at de for spøk pleide å sammenlikne seg med Kristian Birkeland og Sam Eyde. Hvem som skulle være Birkeland og hvem som skulle være Eide, ble de imidlertid ikke alltid helt enige om.

Et ledende forskningsmiljø

Da Grimnes i 1990 etablerte Oslo Bioimpedance and Medical Technology Group, var Martinsen et selvskrevent medlem. Han var også den naturlige arvtageren som leder da Grimnes trakk seg tilbake.

Etter at hovedfagsoppgaven var levert, takket Ørjan G. Martinsen ja til en stipendiatstilling under professor Jan Karlsen på Farmasøytisk institutt. Her fortsatte han å arbeide med måling av elektrisitet i hud under veiledning av både Grimnes og Karlsen. I denne perioden fikk han også et vikariat som amanuensis på Fysisk institutt og etter disputasen i 1995 en fast stilling på instituttet.

Som forsker har hans hovedfelt hele tiden vært elektrisk bioimpedans.

– Sagt på en enkel måte handler det om hvordan biologisk vev leder strøm. Dette er avhengig av vevets anatomi og fysiologi. Måling av biologisk impedans kan derfor brukes til å karakterisere eller diagnostisere vevet, forklarer Martinsen.

Når Martinsen mottar innovasjonsprisen på universitetets årsfest, er det ikke minst for hans arbeid med å bygge opp The Oslo Bioimpedance and Medical Technology Group til et av verdens fremste miljøer innenfor feltet.

Overfor Uniforum understreker Martinsen at han ser på innovasjonsprisen som en pris til hele gruppa.

– Nå er det engang sånn at det er jeg som har holdt på lengst, og det er jeg som er leder, men vi er mange som har samarbeidet om å få til disse forskningsresultatene.

Gir ut vitenskapelig tidsskrift

Bioimpedansgruppa består i dag av et tjuetalls forskere fra Medisinsk-teknologisk virksomhetsområde ved Oslo Universitetssykehus og fra Fysisk institutt.

Dette er en gruppe som ifølge Martinsen har en spesiell interesse for grunnforskning, men som også har som målsetting å jobbe med kliniske prosjekter.

Internasjonalt anslår han at det er rundt tusen forskere som arbeider innenfor feltet bioimpedans. Å bidra til å utvikle et solid, vitenskapelig fundament på dette området har vært og er et viktig anliggende for Martinsen.

I år 2000 gav han sammen med Grimnes ut den første og fortsatt toneangivende internasjonale læreboka innenfor feltet elektrisk bioimpedans. Ti år senere lanserte de to det vitenskapelige tidsskriftet Journal of Electrical Bioimpedance, JoEB.

– Internasjonalt har bioimpedansgruppa i Oslo spilt en viktig rolle når det gjelder å utvikle en felles vitenskapelig basis for medisinere, fysikere og andre som arbeider med bioimpedans. Læreboka og tidsskriftet er viktige brikker i dette arbeidet, kommenterer Martinsen.

Møte med Estée Lauder i New York

Juryen viser i sin begrunnelse også til Martinsens mange patenter og til hvordan han gjennom oppdragsforskning har bidratt til teknologiutvikling.

Med utgangspunkt i doktorgradsarbeidet utviklet og patenterte han på begynnelsen av 90-tallet et instrument til måling av fuktighet i hud i samarbeid med Sverre Grimnes.

– Vi fikk en del oppmerksomhet. Jeg var på et møte hos Estée Lauder i New York, og vi solgte et instrument til den største hudpleiesalongen i Paris, forteller Martinsen.

At hans første patent til tross for dette ikke ble noen stor kommersiell suksess, tror han skyldes at markedssegmentet var for snevert. Veien fra idé til markedsføring kan være lang og kronglete, og den fører ikke alltid fram.

Blant de mange eksemplene på forskning som har bidratt til teknologisk innovasjon, er utvikling av diabetesteknologi på oppdrag av selskapet Novo Nordisk og utvikling av teknologi for gjenoppliving etter hjertestans for Lærdal Medical.

Samsung kom på besøk

Det største av selskapene Martinsen har samarbeidet med, er Samsung.  Tidlig på 2000-tallet stiftet han sammen med Grimnes Biogauge AS, et selskap som skulle drive utvikling av vitenskapelig og industrielt utstyr basert på bioimpedansteknologi.

Da den første henvendelsen fra Samsung kom på et litt klossete engelsk, tok forskerteamet det ikke seriøst. Først da de fikk en ny henvendelse hvor representantene fra Samsung ba om et møte i Oslo, gikk det opp for dem at det faktisk dreide seg om den sør-koreanske telegiganten.

Samsung vurderte å bevege seg inn på et nytt marked, og ville at Martinsen og Grimnes skulle utvikle teknikk for måling av blant annet hudfuktighet og stress.

– Bioimpedans kan brukes til å avgjøre hvorvidt hud er tørr eller fuktig. Du kan også bruke bioimpedans til å måle stress ved å registrere psykisk svetteutskillelse, forklarer Martinsen. 

– Hvorfor vi svetter i håndflatene og under fotsålene når vi utsettes for psykiske belastninger, vet vi ikke helt. Kanskje handler det om et behov for friksjon, om at klamme hender og føtter i forhistorisk tid sikret et fastere grep ved flukt eller i kamp, undrer han.

De to forskerne lyktes med å lage en fuktighetsmåler for mobiltelefon, men denne ble ikke satt i produksjon. Det er ikke så uvanlig i selskaper med store utviklingsbudsjetter, ifølge Martinsen.

Blant de andre selskapene han har samarbeidet med de siste årene, er IDEX Biometrics ASA, et norsk selskap som utvikler sensorer for elektronisk lesing av fingeravtrykk. Martinsen har med utgangspunkt i dette arbeidet patentert en metode for å avdekke hvorvidt en finger som brukes på en sensor er levende, i motsetning til en falsk eller i verste fall en avkuttet finger.

FORSKNINGSNÆR UNDERVISNING: Ergometersykkelen ble anskaffet i forbindelse med et studentforskningsprosjekt på bachelorkurset Sensorer og måleteknikk.

Forskningsnær undervisning

Priskomiteen trekker i sin begrunnelse også fram Martinsens innsats for å fremme nyskaping og tverrfaglighet blant studentene. Til sammen har Martinsen veiledet 62 MSC-studenter og 18 PhD-studenter, og flere av dem har startet egne firmaer eller vunnet innovasjonspriser.

Ørjan G. Martinsen ser gjerne at studentene får være med på å utforme og utføre forskningsprosjekter allerede på bachelornivå.

På laboratoriet utenfor kontoret hans står en ergometersykkel som studenter på bachelorkurset Sensorer og måleteknikk har brukt blant annet til å måle tiden fra blodet forlater hjertet til det når overarmene. Målingene ble utført på personer av ulik alder og som et mulig mål på ulik grad av aterosklerose eller åreforkalkning. I forsøkene brukte studentene både elektrokardiografi, EKG, og impedansteknologi.

– EKG registrerer de elektriske impulsene som skapes av hjertet. Forskjellen på denne målemetoden og måling av bioimpedans er at mens EKG måler bioelektrisitet, det vil si aktive elektriske signaler som kroppen selv sender ut, måler bioimpedansapparatet passive elektriske egenskaper i vev. I dette tilfellet måler bioimpedansapparatet hjertets mekaniske aktivitet, forklarer Martinsen.

Juryens begrunnelse

Ørjan Grøttem Martinsen kombinerer grunnforskning og anvendt forskning, og jobber på tvers av tradisjonelle fagdisipliner.

Gjennom sitt utrettelige arbeid har Martinsen virkelig tatt kunnskap i bruk til det beste for samfunnet

Nyskapende tverrfaglig forskerutdanning

Priskomiteen legger i sin begrunnelse for tildeling av prisen også spesiell vekt på Martinsens rolle som leder for den norske delen av det tverrfaglige prosjektet Training4CRM, et Marie Curie-prosjekt under EUs forskningsprogram Horizon 2020.

Blant UiOs samarbeidspartnere i dette prosjektet er Danmarks Tekniske Universitet, Lunds universitet, Politecnico di Milano, Universitat de Barcelona og Universidad Autonoma de Madrid.

Martinsen understreker at målsettingen med de såkalte Marie Skłodowska-Curie Actions er fremragende forskerutdanning. Teamet har gjennom dette prosjektet fått midler til å utdanne femten doktorgradsstudenter. Målsettingen er å gi disse forskerne den ekspertisen og de verktøyene de trenger for å kunne utvikle metoder og teknologi for behandling av nevrodegenerative sykdommer som Parkinsons, epilepsi og Huntingtons.

– Lykkes dette prosjektet, kan det få stor betydning for mange pasienter, påpeker Martinsen, og trekker fram Parkinson som eksempel.

– Dette er en sykdom som kjennetegnes ved at dopaminet i hjernen forsvinner. Siden det ikke finnes noen god metode for å få dopamin fra blodet og inn i hjernen, ønsker forskerne å sette inn et implantat med celler som produserer dopamin. Utfordringen er å sørge for at cellene slipper ut riktig mengde dopamin.

Tanken er å bruke optogenetisk modifiserte stamceller som slipper ut dopamin når du lyser på dem. Disse cellene skal vokse på et karbonskjelett med en lyskilde og en lyslede. Til å overvåke disse cellene vil forskerne bruke bioimpedans, mens frigivelsen av dopamin skal overvåkes ved hjelp av elektrokjemiske metoder, forklarer Martinsen.

Han forteller at implantatet skal testes på gris i vinter og senere på mus og rotter.

KAN GI EFFEKTIV BEHANDLING MOT PARKINSONS: Ørjan Grøttem Martinsen deltar i et internasjonalt prosjekt rettet mot å utvikle metoder og medikamenter som kan hjelpe pasienter med sykdommer i hjernen.

Tverrfaglig samarbeid

Vinneren av UiOs innovasjonspris beskriver bioimpedans som et felt i stor vekst. Skal han spå om framtiden, tror han psykisk helse er et av områdene hvor denne teknologien vil bli tatt i bruk.

– Det er de siste årene kommet mye ny medisinsk teknologi på det somatiske området, men det er tilnærmet ingen teknologisk utvikling innenfor psykisk helse, påpeker han. Dette tror han vil endre seg.

Martinsen trekker også fram «Lab-on-a-chip» og «Organ-on-a-chip» som eksempler på felt hvor bioimpedans har stor relevans.

– Med et minilaboratorium på en chip vil en fastlege kunne utføre blodanalyser på kontoret og få svar i løpet av få sekunder. Organ-on-a-chip-teknologi handler om å dyrke fram organer på en chip. Dersom du har en alvorlig sykdom f.eks. i leveren, kan vi ved hjelp av stamceller fra din kropp dyrke fram dine leverceller på en chip. Dette er teknologi som vil kunne bidra til mer pasientspesifikk behandling og som vil kunne redusere behovet for dyreforsøk, påpeker Martinsen.

Han er selv sterkt involvert i denne forskningen gjennom sitt samarbeid med Senter for biohybridteknologi på Det medisinske fakultet.

– Bioimpedanse i kombinasjon med andre metoder gir enorme muligheter, understreker han.

Ørjan Grøttem Martinsen vil bruke en del av prispengene til å arrangere et internasjonalt innovasjonsseminar som skal sette søkelyset på alle de mulighetene denne teknologien åpner for.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Av Grethe Tidemann
Publisert 29. aug. 2019 12:30 - Sist endra 29. aug. 2019 13:35
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikkje UiO- eller Feide-brukar?
Opprett ein WebID-brukar for å kommentere