NANOKULJETINvie lääkkeen kohteeseensaProfessori Arto Urtti yhteistyökumppaneineen kehittää keinoja,joiden avulla elimistössä kulkeva lääkeaine löytää varmasti perille.Sisko LoikkanenSuun kautta nautitun lääkkeen tehoainematkaa yleensä vaikutuspaikkaansa ongelmitta.Tilanne muuttuu kuitenkin mutkikkaaksi,jos aineen on tarkoitus päästäsilmän verkkokalvolle tai aivoihin.”Lääkeaineet eivät etene verenkierrostaverkkokalvolle helposti. Silmätipatkinvaikuttavat vain silmän etuosassa muttaeivät takaosan verkkokalvolla”, kertooHelsingin yliopiston Lääketutkimuskeskuksenjohtaja, biofarmasian professoriArto Urtti.Aivoissa lääkeaineen eteneminen saattaatyssätä verisuonten seinämistä rakentuvaanveri-aivoesteeseen, joka suojaaaivokudoksia.”Aivoissa verisuonten seinämä on tiivis,eikä isokokoinen lääkeainemolekyyliläpäise sitä. Tämä vaikeuttaa neurologistenja psykiatristen lääkkeiden kehittelyä.”Vastaan voi tulla myös tyly ovimies.”Jos lääkeaine onnistuukin pääsemäänsuonten seinämien soluihin, siellä vastassaovat erityiset proteiinit, jotka työntävätaineen takaisin verenkiertoon. Vähänkuin portsari heittäisi hankalan asiakkaanulos ravintolasta.”Esimerkiksi aivojen rappeumatautienhoitoon on jo olemassa proteiinilääkkeitä,jotka saattaisivat tehota itse sairauteen.Pulmana on, että ne eivät läpäisematkalla olevia esteitä.KuljettimienkyytiläisinäRatkaisu ongelmaan saattaa löytyä <strong>nano</strong>kuljettimista,joiden kyydissä lääkeaineentaival hoituisi.”Nanokuljettimet pyritään kehittämäänsellaisiksi, että ne läpäisevät veri-aivoesteen.Vaihtoehtoina ovat konjugaatit, joihinlääkeaine sidotaan, ja aihiolääkkeet,joita aivojen portsari ei tunnista”, Urttikertoo.Nanokuljettimet voisivat kenties tarjo-ta avun myös aivan uudenlaisten aineiden,proteiinilääkkeiden lisäksi geenilääkkeidenkäyttöön. Isokokoisina molekyyleinäaineet eivät läpäise solukalvoa,vaikka niiden on tarkoitus vaikuttaa nimenomaansolun sisällä. Kuljettimienavulla nekin ehkä saadaan puikahtamaankohteeseensa.”Ajatuksena on, että solu ”syö” <strong>nano</strong>kuljettimen,joka sitten etenee tumaan javapauttaa siellä sisältämänsä dna:n. Kundna luetaan tumassa, lopputuloksenasyntyy haluttua proteiinia.”Myös dna- ja rna-perustaiset geeninhiljentäjälääkkeethyötyisivät <strong>nano</strong>kuljettimesta,koska niidenkin täytyy päästäperille solulimaan.Syövänhoidossa <strong>nano</strong>kuljettimienavulla voidaan ehkä lieventää haittavaikutuksia,joita suuret lääkeainemäärätaiheuttavat. Nanosäiliön sisällä lääkekulkisi suojattuna suoraan kasvaimeeneikä siitä koituisi haittaa muulle elimistölle.Jo varsin yleisesti käytettävät proteiinilääkkeetovat täsmälääkkeitä, jotkaovat mullistaneet muun muassa reumanja syövän hoidon. Ne kuitenkin annetaanlähes aina injektiona suoraan suoneen taiinfuusiona sairaalassa, mikä on sekä terveydenhuollonettä potilaan kannalta ongelmallista.Kasvutekijälääkkeet eivät pääse veriaivoesteenläpi, joten ne pakataan implantteihin,jotka viedään aivoihin leikkauksessa.Vaihtoehtona toimenpiteelleon geeniterapia, jonka avulla aivot yritetäänsaada tuottamaan tarvittavaa proteiiniaitse.Ensimmäinen geenilääke hyväksyttiinkäyttöön Euroopassa viime kesänä.”Se on tarkoitettu lipidiaineenvaihdunnanhäiriön hoitoon. Geeni viedäänkohteeseensa viruskuljettimella.”Myös verkkokalvon tulehdusten hoitoonon saatu geeninhiljentäjälääke, jokainjektoidaan suoraan silmään.KultahiukkasialiposomiinNanosäiliöistä tutkituimpia ovat liposomiteli rasvarakkulat, halkaisijaltaannoin sadan <strong>nano</strong>metrin kokoiset pallukat,joiden sisään lääkeaine kätketään.Liposomeissa on solukalvoa jäljittelevälipidikaksoiskalvo, johon lääke myösvoidaan kytkeä.Liposomi voi vapauttaa lääkeaineensolun ulkopuolella esimerkiksi syöpäkudoksessa.”Toinen vaihtoehto on, että se vapauttaaaineen solun sisällä, kun solurakkuloidenhappamuus avaa liposomin kuoren.Solussa oleva entsyymi voi kuitenkinnopeuttaa aineen hajoamista.”Urtin johtaman <strong>tutkija</strong>ryhmän tavoitteenaon kehittää liposomi, josta lääkeainevapautuu hallitusti. Ratkaisuksi onkeksitty liposomiin lisättävät kullan taimuun metallin <strong>nano</strong>kokoiset hiukkaset.”Kun liposomiin suunnataan valonsäde,metallihiukkaset ottavat vastaanvaloenergian ja luovuttavat sen lämpönäliposomin rasvakuoreen, joka sulaa japäästää lääkeaineen sisältään”, kuvaileeUrtti, jonka mukaan tarkoitukseen voitaisiinehkä käyttää myös lasersäteitä.Liposomin lopullista kohtaloa on hankalaselvittää. Myös kultahiukkasia sisältävienliposomien turvallisuus elimistölletunnetaan vielä huonosti.”Sen verran tiedetään, että jos hiukkanenon kooltaan alle viisi <strong>nano</strong>metriä, sekulkeutuu verenkiertoon ja munuaistensuodattimien läpi virtsaan, jonka mukanase poistuu.””Viittä <strong>nano</strong>metriä suuremmat hiukkaseteivät kuitenkaan pääse munuaistensuodattimien läpi vaan joutuvat maksaan,joka pyrkii ne sitten poistamaan.”Se, rikkovatko kultahiukkaset soluelimiätai aiheuttavat solussa toksisia reaktioita,riippuu hiukkasen pinnan rakenteesta.42 KEMIA 7/2012
Elina RaukkoArto Urtti tekee tutkimustaanusean yhteistyökumppaninkanssa. Mukana ovat biofarmasianprofessorikolleganMarjo Yliperttulan lisäksiHelsingin yliopiston polymeerikemian,Aalto-yliopistonfysikaalisen kemian jaItä-Suomen yliopiston silmätautiopinasiantuntijat.”Nanokuljettimetjoutuvatsamaan syyniinkuin muutkinlääkkeet.””Pinnan kemia on onneksi säädeltävissä”,sanoo Urtti ja muistuttaa, että lääkkeidenteho ja vaikutukset tutkitaan ainatarkasti ennakkoon, olipa niissä <strong>nano</strong>kokoisiahiukkasia tai ei.”Nanokuljettimet joutuvat samaansyyniin kuin muutkin lääkkeet. Lisäksiarvioidaan, ovatko mahdolliset haitathyväksyttäviä suhteessa saavutettuihinhyötyihin.”Polymeeri tuopitkän vaikutusajanLiposomien ohella Urtti ryhmineen tutkiijoka tapauksessa myös muunlaisia<strong>nano</strong>kuljettimia. Sellaisena voisi toimiaesimerkiksi itseorganisoituva polymeerimiselli,jossa on vesiydin. Toinen vaihtoehtovoisi olla kerroksittainen polyelektrolyyttirakenne,jossa eri tavoin varautuneetpolymeerikerrokset rakentuvattoistensa päälle.”Monikerrosrakenne tuo kestävyyttä jahidastaa lääkkeen vapautumista.”Verkkokalvon ikärappeuman lääkitsemiseenryhmä on alkanut hiljattain kehittääverkkomaista polymeeriä, jonkahaaroihin lääkeaine kiinnitetään. Suurikokoinenhaarautunut polymeeri, jonkamolekyylipaino lasketaan jopa miljoonissa,poistuu elimistöstä hitaasti ja vaikuttaakohteeseensa pitkään.Polymeeri voidaan pistää silmän lasiaiseenruiskulla.”Nykyisin lasiaiseen joudutaan injektoimaanlyhytvaikutteinen lääke jopakerran kuukaudessa, mutta verkkomaisenpolymeerin ansiosta lääke voitaisiinantaa ehkä vain kerran vuodessa”, Urttikuvailee keksinnön etuja.Tutkijat pyrkivät löytämään mahdollisimmansopivan polymeerin räätälöimälläelimistön omia molekyylejä.”Tavoitteena on, että kun polymeerihajoaa elimistössä, prosessissa syntyyvain elimistölle tuttuja aineita.”Kirjoittaja on kemisti jaYlen tiedetoimittaja.sisko.loikkanen@yle.fi7/2012 KEMIA43