PSi osuu ja uppoaa

Hélder Santosin ryhmä kehittää mikrovirtojen pyörteissä tulevaisuuden lääkkeitä.

Yliopistotutkija Hélder Santos luotsaa Viikissä monikulttuurista ryhmää. Täsmälääkkeiden kehittelyyn erikoistuneen ”Santos Labin” paristakymmenestä tutkijasta vain yksi on syntyjään suomalainen. Loput ovat Kiinasta, Intiasta, Espanjasta, Italiasta, Venäjältä, Thaimaasta, Iranista ja Santosin syntymämaasta Portugalista.

— Yritän pitää heidät motivoituneina. Kun ihminen tuntee olevansa ystävien keskellä, hän uskaltaa kysyä apua, Santos kertoo.

Santos yrittää usein saada koko ryhmän mukaan keskusteluihin. Jos jollakulla on ongelma, ehkä joku ryhmäläinen on jo ratkaissut sen. Tiimihenkeä luodaan myös yhteisillä sosiaalisilla aktiviteeteilla, kuten kartingilla, melomisella ja grillijuhlilla.

Onnistuneen motivoinnin — tai rekrytoinnin — ansiosta ryhmä purjehtii nanolääketieteen aallonharjalla. Ryhmäläiset tutkivat monin tavoin, miten paketoida lääkeaine niin, että se löytää elimistössä oikeaan paikkaan ja vieläpä tunkeutuu soluun sisälle.

Piipartikkelit

Santosin tutkimuksissa nanokokoiset täsmäkapselit valmistetaan niin sanotun mikrofluidiikka-tekniikan avulla. Pieneen lasikapillaariputkeen johdetaan kahdesta kanavasta tasaisena virtana vettä, etanolia, polymeerejä sekä lääkeaineita sisältäviä huokoisia piipartikkeleita eli PSi-partikkeleita.

Hallitussa virtojen pyörteissä PSi-partikkelit päällystyvät polymeerikuorrutuksella.

Virtaan voidaan lisätä myös lääkeaineita ihan sellaisenaan. Lopputuloksena on polymeeripäällysteinen PSi-partikkeli, jossa PSi:n sisällä on yhtä lääkettä ja päällysteen lomassa toista tai kolmattakin. Näin lääkeaineet, jotka eivät voi olla suorassa kosketuksessa toistensa kanssa, saadaan kasattua yhteen nanopartikkeliin.

— Nyt kehitämme sydäninfarktin yhdistelmälääkehoitoon nanopartikkeleita, jotka voivat pitää sisällään useita eri lääkeaineita. Vain näin voimme varmistaa, että lääkeaineet todella menevät yhtä aikaa sydämeen.

Avainkoodina pH

PSi-partikkelien kohdennusta oikeaan paikkaan on kokeiltu Santosin ryhmän tutkimuksissa monin tavoin. Yleinen keino on pelata polymeeripäällysteen happamuudenkestävyyden kanssa.

Esimerkiksi syöpälääkeaineet paketoidaan polymeerikuoreen, joka liukenee vain happamissa oloissa. Verisuoneen injektoitu PSi-partikkeli kiertää ympäri kehoa, verisuonissa (pH 7,4) ja terveissä soluissa (pH 7), mutta sen päällyste liukenee vasta syöpäsolun (pH 4–5) sisällä, Santos kert0o.

Osumatarkkuutta lisätään liittämällä polymeeripäällysteen pintaan etsijämolekyylejä — tarkkaan räätälöityjä proteiineja, jotka tunnistavat kohdesolussa vastakappaleensa ja tarttuvat siihen, jolloin partikkeli päätyy soluun sisälle.

Useimmiten PSi-partikkelit injektoidaan verisuoneen, mutta diabeteksen hoitoon Santosin ryhmä kehittää suun kautta otettavia, insuliinia sisältäviä nanopartikkeleita.

— Jatkuvan pistelyn sijasta diabeetikko voisi niellä pillerin viikon tai parin välein.

Mahalaukku on hyvin hapan ympäristö, mutta ohutsuolessa pH kohoaa jopa kahdeksaan. Nieltävät PSi-partikkelit pitääkin suojata polymeereillä, jotka kestävät hyvin hapanta mutta liukenevat neutraaleissa tai emäksisissä olosuhteissa.

Ohutsuolessa PSi-partikkelit vapautuvat, ja pintaan lisättyjen etsijämolekyylien avulla ne tarrautuvat tiukasti kiinni ohutsuolen limakalvoon. Siinä ne päästävät hitaasti insuliinia limakalvon läpi verenkiertoon.

— Tulevaisuudessa partikkelit voi jopa ohjelmoida niin, että ne annostelevat insuliinia tarkasti tiettyihin aikoihin.

Hidas tie

Laboratorioissa älykkäät piipartikkelit tuottavat oivallisia tuloksia. Kuitenkin lääketieteen PSi-vallankumous on vielä hyvin kaukana apteekin hyllyltä tai sairaalan kylmiöstä. 

Santosin ryhmän PSi-lääkkeitä on testattu pelkästään eläimillä, lähinnä hiirillä ja rotilla. Koko maailmassa ei ole ainuttakaan PSi-lääkettä markkinoilla, tosin maksa- ja haimasyövän hoidossa ollaan jo melkein maaliviivoilla.

Huokoisen piin käytössä lääketieteen turvaprotokollat ovat erityisen tiukkoja, kun pitää arvioida sekä kantajapartikkelin että lääkkeen turvallisuus, yksittäin ja yhdessä.

— Kuluu helposti 20–30 vuotta, ennen kuin lääkkeet ovat markkinoilla. Silloin olemmekin kehittäneet parempia lääkkeitä, mutta niiden täytyy käydä samat hakemusmenettelyt läpi.

Lääkekehittäjää turhauttaa.

— Turvallisuuden varmistaminen on tärkeää, mutta jotkut potilaat kuolevat, koska uudet ja paremmat lääkkeet eivät ehdi pelastaa heitä.

Tiede ja rakkaus

Monet huippututkijat ovat päätyneet luomaan uraa Suomessa, koska ovat rakastuneet suomalaiseen. Santosillakin on suomalainen tutkijavaimo, ja pariskunta autoilee joka päivä Riihimäeltä Viikkiin.

Santos kuitenkin vakuuttaa tulleensa vuonna 2003 Otaniemeen tohtorikoulutettavaksi puhtaasti rakkaudesta tieteeseen. Suomessa nuoren tutkijan oli nopeampi rakentaa uraa kuin Portugalissa, ja TKK:n kemiantekniikan laitoksella sattui olemaan juuri Santosin tutkimusintohimoihin sopivaa teknologiaa.

— Tapasin vaimoni vasta Suomessa. Hän tutki nanosysteemejä, jotka kuljettavat geenejä solujen sisään. Tutustuminen farmasiaan rohkaisi minua hakeutumaan tohtoritutkijaksi Viikkiin.

Luen myös "Täsmällisen pillerin jäljillä" samasta numerosta.

DNA-päällyste lääkitsee

Tutkija Hongbo Zhang sai luovan idean: mitä jos lääkkeillä ladattu PSi-partikkeli päällystettäisiin kerroksella yksijuosteista DNA:ta?

— DNA-päällyste on hyvin älykäs. Se ratkoo useita ongelmia samanaikaisesti, Zhang sanoo.

Ensinnäkin DNA-päällyste estää sen, että piin huokosissa oleva lääkeaine vapautuisi ennen aikojaan. Toiseksi päällyste itsessään on osoite. 

Syöpäsolujen soluviestinnässä esiintyy erityisen paljon mikro-RNA:ta nimeltään mi21. PSi-partikkeli voidaan päällystää DNA:lla, joka tunnistaa tämän. PSi-partikkeli kiertelee pitkin elimistöä, mutta vasta syöpäsolussa sen pinta alkaa purkautua, kun mi21 tunnistaa vastinkappale-DNA:nsa ja kaappaa sen itseensä partikkelin pinnasta.

— DNA-päällyste on huimasti tarkempi kuin esimerkiksi tietyssä happamuudessa liukeneva päällyste. Se toimii myös paremmin kuin partikkelin pintaan laitettavat yksittäiset tunnistinproteiinit.

Syöpäsolun sisällä DNA-päällyste liukenee ja lääke vapautuu kohteeseensa. Lisäksi kuoren purkautumisprosessi kuluttaa syöpäsolusta loppuun mi21-molekyylit. Juuri mi21 on syöpäsolun kasvulle keskeinen mikro-RNA, jonka puute voi tappaa solun.

— DNA-päällyste on yhdistelmä geeniterapiaa ja lääketerapiaa, tutkija luonnehtii.

Zhangin tavoite on kehittää metodia edelleen. 

— Erilaisilla DNA-päällysteillä voi vaikuttaa erilaisiin RNA-molekyyleihin. Menetelmällä voi ehkä kehittää lääkkeitä useisiin tauteihin. DNA on kuitenkin varsin kallista päällysteeksi.

Zhang työskenteli Santosin ryhmässä tutkijana kolmisen vuotta. Tänä syksynä hänestä tuli Åbo Akademin apulaisprofessori. Tiivis yhteistyö viikkiläisten kanssa jatkuu.

 

Artikkeli on julkaisty Yliopisto-lehden numerossa Y/08/16. 

Yliopisto-lehti on kaikille tarkoitettu, monipuolinen tiedelehti Helsingin yliopistosta.
Tilaa ja rakastu tieteeseen.

Lue lisää aiheesta: Kestävä kehitys