Tehoa ja kohdennettavuutta lääkkeenantoon

22.4.2013

Verkkokalvo- ja muut silmäsairaudet yleistyvät voimakkaasti maailmassa samalla kun väestö ikääntyy. Näiden sairauksien hoito on kuitenkin haasteellista, sillä silmälääkkeiden saaminen verkkokalvolle on vaikeaa. Ohjelmoitavien materiaalien tutkimusohjelmassa kehitetään uusia lääkkeenantomekanismeja muun muassa silmätautien hoitoon.

"Tavoitteena on saada aikaan kaksi silmän lääkinnän tärkeää tavoitetta eli pitkä vaikutusaika ja lääkkeen kohdennus verkkokalvon soluihin", tiivistää professori Arto Urtti Helsingin yliopiston Lääketutkimuksen keskuksesta, Farmasian tiedekunnasta. Hän on mukana kolmessa Suomen Akatemian Ohjelmoitavien materiaalien (OMA) tutkimusohjelman hankkeessa, joissa tutkitaan uusia lääkkeenantomekanismeja. Yhteistä näille hankkeille on se, että niissä kehitettävät lääkeaineiden kuljetukseen ja kohdentamiseen tähtäävät menetelmät perustuvat ohjelmoitavien materiaalien käyttöön.

"Ajatuksena on, että uudenlaisiin, ohjelmoitaviin materiaaleihin räätälöitäisiin ominaisuuksia, joita voidaan käyttää lääkinnällisten ongelmien ratkaisemiseen. Silmän verkkokalvon sairauksissa ongelmana on se, että käytössä olevat lääkkeet ovat paljolti paikallisesti käytettäviä kuten silmätippoja. Niillä voidaan toki hoitaa silmän etuosan sairauksia, mutta verkkokalvolle asti silmätipat eivät kulkeudu. Jos silmäsairaus on verkkokalvolla eli silmän takaosassa, niin nämä lääkkeet eivät ole käyttökelpoisia", Urtti kuvailee.

Parannusta lääkkeen vaikutusaikaan

Nopeasti yleistyvissä, sokeuttavissa silmäsairauksissa kuten verkkokalvon ikärappeumassa, glaukoomassa ja diabeteksen aiheuttamissa silmäkomplikaatioissa, sokeuttava mekanismi on nimenomaan verkkokalvolla. Siten myös lääkeaine pitäisi saada sinne. "Tällä hetkellä on käytössä menetelmä nimeltään lasiaisinjektio, jossa lääkettä pistetään neulan ja ruiskun avulla silmän sisään. Koska lääkkeen puoliintumisaika on nopea eli se poistuu silmästä muutamassa päivässä, joudutaan lääkettä pistämään potilaan silmään tasaisin väliajoin, tavallisesti kuukausittain lopun elämää. Tämä on potilaan kannalta raskasta, varsinkin kun jokaisen hoitokerran yhteydessä potilaalle määrätään myös antibioottihoito. Yhteiskunnan näkökulmasta menetelmä on kallis."

Urtin mukaan verkkokalvon sairauksien hoitoon tarvittaisiinkin kipeästi uusia lääkkeenantomekanismeja, joiden avulla lääke voitaisiin ohjata silmän takaosaan hallitusti ja joissa lääkkeen vaikutusaika olisi tarpeeksi pitkä. Eduksi olisi myös se, että lääkkeen voisi kohdentaa tiettyihin soluihin elimistössä.

"Nyt meneillään olevassa tutkimushankkeessa kehitämme niin sanottuja modulaarisia polymeerirakenteita. Ne ovat ohjelmoitavia materiaaleja, joissa on iso runkopolymeeri, johon liitetään ikään kuin oksina osamoduuleita, joihin lääkeaine on sidottu. Elimistössä pienet moduulit menevät solun sisään ja oksat irtoavat vähitellen rungosta. Ideana on, että tällä rakenteella saavutetaan lääkkeen pitkäaikainen pysyminen silmässä, lääkeaineen hidas vapautuminen ja sen kohdentaminen verkkokalvon soluihin", Arto Urtti kuvailee. Käytännössä tavoitellaan 1-2 kertaluokan parannusta vaikutusaikaan ja lääkkeen saaton tehokkuuteen.

Tavoitteena säädettävä teknologia-alusta

Ohjelmoitavuus saadaan tässä menetelmässä aikaan kehittämällä sidosten hajoamisnopeutta ja säätelemällä molekyylien painoja. "Iso runkopolymeeri on niin iso, että se pysyy silmässä ja voidaan ruiskuttaa liuokseen. Pienet oksapolymeerit hydrolysoituvat vähitellen eli ne hajoavat niin, että polymeerit pääsevät solujen sisään ja vievät lääkeaineen suoraan sinne. Lääkeaine vapautuu ainoastaan kohdesoluissa", Urtti kuvailee.Arto Urtin mukaan nelivuotisen projektin aikana on realistista tavoitella sitä, että moduulirakenne saataisiin valmiiksi ja testattua niin, että käytössä olisi tutkimuksen valmistuttua erilaisia moduuleita ja sidoksia hallita oksien irtoamista ja lääkeaineen vapautumista solussa. "Valmista lääkettä tässä ei saada vielä aikaan, mutta säädettävä teknologia-alusta meillä on tavoitteena."

Uusimuotoinen lääke voitaisiin viedä silmään edelleen lasiaisinjektiolla, mutta tarvetta pistämiseen olisi huomattavasti harvemmin. Nykyisen kuukausittaisen hoidon sijaan se voitaisiin tehdä pari kertaa vuodessa. "Toinen vaihtoehto on laittaa lääkeaine silmän sidekalvon alle. Se olisi turvallisempi vaihtoehto kuin lasiaisen sisään pisto, mutta vaatii lisätutkimuksia."

Ohjelmoitaviin materiaaleihin perustuvien lääkkeenantomenetelmien kehittäminen on monitieteistä työtä, johon osallistuu muun muassa farmasian ja fysikaalisen kemian alan tutkijoita. Silmälääkkeiden annon menetelmiä kehittävässä tutkimushankkeessa on mukana Urtin ryhmän lisäksi dosentti Sami Hietalan johtama tutkimusryhmä Polymeerikemian laboratoriossa Helsingin yliopistossa. Hietalan ryhmän tehtävänä on vastata polymeerien synteeseistä ja karakterisoinnista. Tässä työssä on mukana myös FiDiPro-professori Francoise Winnik. Materiaalien biologisen testaus ja polymeerien toiminnan farmakokineettisen simuloinnin tekee Urtin ryhmä.

"Jos kaikki menee hyvin, voimme tutkimuksen loppuvaiheessa hyödyntää myös yhteistyökumppaneitamme Tübingenin yliopiston silmäkeskuksessa. Heillä on käytössään erilaisia tauti- ja eläinmalleja, joilla voisimme kokeilla menetelmien toimivuutta."

Myös nanosäiliöillä ja valolla haetaan ohjelmoitavuutta

Ohjelmoitavien materiaalien tutkimusohjelmassa on myös kaksi muuta tutkimushanketta, joiden tavoitteena on kehittää lääkeaineiden annon ja saaton ohjelmoitavuutta. Toisessa hankkeessa keskiössä on niin sanottu kerroksittainen nanosäiliö, jolla voidaan optimoida lääkeaineen solunsisäistä kuljetusta ja kontrolloida lääkeaineen vapautumista säiliöstä. Toisessa tutkimuksessa puolestaan käytetään kultananopartikkeleita, joita ohjataan vapauttamaan lääkettä hallitusti valolla.

Nanosäiliön ydin voi olla joko tyhjä tai huokoinen partikkeli, joka on päällystetty polyelektrolyyttikerroksella. Polyelektrolyytit ovat vesiliuoksissa varautuneita polymeerejä ja niiden ominaisuuksia voidaan kontrolloida muun muassa pH:n avulla. "Nanosäiliön kerrosten määrällä ja ominaisuuksilla voidaan säätää lääkkeen vapautumista. Polyelektrolyyttikerros voidaan ohjelmoida reagoimaan kontrolloidusti esimerkiksi pH:n muutokseen, joka tapahtuu nanosäiliön tunkeutuessa soluun. pH:n muutos lähes neutraalista happamaan toimii ärsykkeenä nanosäilön polyelektrolyyttikuorelle ja kuori avautuu vapauttaen lääkeaineen nanosäiliöstä", Arto Urtti kuvailee.

Nanosäiliöhankkeessa on mukana professori Kyösti Kontturin tutkimusryhmä Aalto-yliopiston kemian laitokselta. Haasteena on kontrolloida lääkeaineen vapautuminen solun sisällä siten, että se tapahtuu oikeassa paikassa ja oikeaan aikaan. Nanosäiliöitä voisi tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi geeninhiljentäjälääkkeiden viemisessä solun sisään. Näitä lääkkeitä käytetään monien sairauksien kuten syövän, silmätautien ja neurologisten sairauksien hoitamisessa.

Aalto-yliopiston kemian laitoksen tutkijat ovat mukana myös kolmannessa lääkkeenantoon liittyvässä OMA-ohjelman tutkimushankkeessa. Lasse Murtomäki ja Maria Sammalkorpi tutkivat Lääketutkimuksen keskuksen kanssa sitä, miten kultananopartikkeleita voisi käyttää lääkeaineiden vapauttamiseen solussa valon avulla.

Liposomien käyttöä kohdennetun lääkeannon menetelmänä tutkitaan paljon. Liposomien avulla lääkkeen viipymäaika elimistössä moninkertaistuu, jolloin kohde-elimessä saavutetaan suurempi lääkeannos ja vähäisemmät sivuvaikutukset. Ideana tutkimuksessa on liittää kultananopartikkelit liposomeihin. Kun liposomiliuosta valaistaan, kultananopartikkelit imevät itseensä valon ja lämpenevät, jolloin liposomi hajoaa ja vapauttaa siihen varastoidun lääkeaineen.

"Kun tiettyä aluetta valotetaan, kuori sulaa ja lääke vapautuu soluihin. Menetelmää voisi käyttää esimerkiksi ihosairauksien hoidossa tai silmänpohjan hoidoissa, joissa nyt jo käytetään paljon laseria", Arto Urtti kertoo. Liposomin pintaan voidaan myös kiinnittää kohdemolekyylejä, kuten peptidejä, jotka tunnistavat esimerkiksi syöpäsolun.

Teksti: Riitta Tirronen
Henkilökuvat: Olli Häkämies
Etusivun kuva: Pixmac.fi

Lue lisää tutkimusohjelmasta ja hankkeista:

Julkaistu alun perin A propos -verkkolehdessä.

Viimeksi muokattu 4.5.2015
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »