Kohti parempia nanolääkkeitä

Helsingin yliopiston apulaisprofessori Clare Strachan istuu pimeässä huoneessa ja katsoo punavihreää kuvaa näytöltä. Vieressä laboratorioinsinööri Antti Isomäki varmistaa, että Cars-mikroskooppi toimii kunnolla näyttäen ruudulla vihreänä hehkuvat solun osat ja punaisena näkyvät lääkeainenanohiukkaset.

Uusiseelantilainen Clare Strachan raivaa tietä uusien, aiempaa tehokkaampien lääkkeiden kehittämiselle. Näissä nanolääkkeissä lääkeaineet ovat äärettömän pieninä, nanokokoisina hiukkasina. Nanokokoiset lääkehiukkaset voidaan räätälöidä siten, että ne kulkeutuvat haluttuun paikkaan elimistössä ja vaikuttavat vain siellä. Tällöin potilaat saataisiin hoidettua nykyistä paremmin tuloksin.

Nanolääkkeitä olemme jo käyttäneet vuosikymmeniä.  Ensimmäiset kehitettiin 60-luvulla. Varsinaisesti niitä alkoi tulla markkinoille 90-luvulla. Tällä vuosituhannella tekniikka on kuitenkin päässyt niin paljon eteenpäin, että nyt nanolääkkeillä voidaan ottaa useiden sairauksien hoidossa isoja askeleita eteenpäin. Nanolääkkeistä odotetaan apua esimerkiksi monien syöpien hoitoon.

Helsingin yliopiston apulaisprofessori Clare Strachan ja laboratorioinsinööri Antti Isomäki katselevat Cars-mikroskoopin tuottamaa kuvaa soluista ja nanokokoisista lääkehiukkasista.

Eroon vanhojen lääkkeiden ongelmista

Strachanin mukaan uusilla nanolääkkeillä yritetään päästä ongelmista, joita monilla vanhoilla lääkkeillä on.

- Kun lääkkeitä on otettu, monet lääkeaineista ovat levinneet kaikkialle kehoon ilman, että vaikuttavaa ainetta olisi päässyt tarpeeksi juuri niihin soluihin, missä lääkeaineen vaikutusta tarvitaan. Tämän takia ne eivät ole vaikuttaneet tarpeeksi hyvin. Samanaikaisesti lääkeaineet ovat levinneet kehossa paikkoihin, jossa niitä ei tarvita ja jossa ne päinvastoin ovat aiheuttaneet haitallisia sivuvaikutuksia, Strachan kertoo.

Lääkkeen kulkeutuminen tunnettava

Lääkeainenanohiukkasia kehitetään toiveena saada lääkkeet kulkeutumaan tarkasti sinne ja vain sinne, missä lääkeainetta todella tarvitaan. Tutkijoille lääkeaineiden ohjaamisen hallinta on samalla myös juuri se pulma, joka on nyt ratkaistava: on opittava tuntemaan, miten nanokokoiset lääkeainehiukkaset kulkeutuvat kehossa. Ja jotta tämä voidaan selvittää, täytyy ensin kehittää analyysimenetelmiä, joiden avulla löydetään pienet lääkeainehiukkaset kudoksista ja soluista. Se voi usein olla vaikeaa perinteisillä menetelmillä, kuten elektronimikroskopialla tai fluoresenssimikroskopialla, jossa käytetään näytteessä itsessään olevia valaisevia merkkiaineita. Jotta lääkkeet saadaan toimimaan oikein, on tunnettava tarkkaan, miten ne vaikuttavat soluissa. Strachanin tavoitteena on kehittää menetelmiä, joilla voidaan tutkia, miten nanokokoiset lääkehiukkaset ja solut vaikuttavat toisiinsa.

Strachan kehittää vuorovaikutuksen selvittämiseksi spektroskooppisia analyysimenetelmiä, joissa ei käytetä lääkeaineisiin tai soluihin kiinnittyviä merkkiaineita. Menetelmillä pyritään selvittämään esimerkiksi miten lääkehiukkaset kiinnittyvät soluihin, minne ne kiinnittyvät soluissa ja miten lääkeaine siirtyy hiukkasista solun osiin vaikuttamaan.

Helsingin yliopiston apulaisprofessori Clare Strachan Cars-mikroskoopin äärellä.

Vanhoja tutkimusmenetelmiä yhdistämässä

Strachan kehittää uutta menetelmääyhdistämällä kolme perinteistä tutkimustapaa. Yhdessä ne antavat paljon aiempaa täsmällisemmän kuvan lääkkeiden vaikutuksesta soluun.

Raman-analyysissä näytteeseen suunnataan lasersäde, joka saa näytteen molekyylit värisemään. Valo heijastuu jokaisesta molekyylistä eri tavalla ja eri aallonpituuksilla, minkä ansiosta molekyylit voidaan tunnistaa käyttämättä merkkiaineita. Näitä molekyylien värähtelyitä voidaan seurata mikroskoopilla, jolloin voidaan nähdä yksittäiset lääkehiukkaset ja solut.

Cars-mikroskopia on Raman-analyysin muunnelma. Siinä Raman-signaalia vahvistetaan käyttämällä kahta laser-aallonpituutta yhden sijasta. Tämän ansiosta analyysin tekeminen on nopeampaa ja nähdään paremmin, miten solut ja nanohiukkaset erottuvat toisistaan. Perinteiseen Raman-analyysiin verrattuna Cars-mikroskopian kemiallinen erottelukyky on kuitenkin Ramania huonompi.

Kolmas menetelmä, SPR, on optinen analyysimenetelmä, joka ei tuota suoraan mikroskooppikuvaa, vaan jota käytetään yhdessä mikroskooppimenetelmien kanssa. Sillä tutkitaan erityisesti sitä, miten lääkeaine sitoutuu solujen pinnalle. Siinä anturi tuodaan aivan solujen ja lääkeainehiukkasten viereen niiden vuorovaikutuksen seuraamiseksi.

Solunäytteet, jotka sisältävät lääkeainenanohiukkasia, voidaan analysoida kaikilla kolmella menetelmällä. Kun tulokset yhdistetään, voidaan hyödyntää kaikkien menetelmienvahvuudet. Näin saadaan tarkempaa ja monipuolisempaa tietoa solujen ja lääkeainehiukkasten vaikutuksista toisiinsa kuin mitä saataisiin, jos käytettäisiin vain yhtä tutkimustapaa.

Teksti ja video: Visa Noronen
Kuvat: Sebastian Röder ja Antti Isomäki.