Til hovedinnhold
 
En kapsel kan bære to-tre sorter medisin. Foto:GV-Press AS
To kreftpasienter med dyptliggende svulster fikk nylig uvanlig hjelp på et universitetssykehus i Berlin. I behandling av kreft er det vanlig at man først forsøker å svekke kreftceller og vev i kroppen fordi dette øker mottakeligheten for strålebehandling og medisiner. Det vanlige er å bruke temperaturer på over 40 °C for å få til en slik svekkelse. Men svulster som befinner seg dypt inne i kroppen eller i hjernen, er vanskelige å varme opp. Kunne man angripe innenfra? 
Ved hjelp av nyutviklet nanoteknologi injiserte legene i Berlin millioner av jernholdige partikler i nanostørrelse inn i kreftsvulsten til pasienten, og varmet den opp til 45 °C ved hjelp av magnetstråling. Selv om svulsten befant seg dypt inne i hjernen kunne dermed de små magnetiske partiklene og stråleapparatene hjelpe uten at friske celler ble skadet.



Nanomedisin prioriteres

Nanoteknologi har gått sin seiersgang innenfor overflatebehandling og materialteknologi. Nå står helse for tur. Gjennom å koble nanoteknologi og helse åpnes mulighetene til å lokalisere de aller første kreftcellene og til å få bittesmå kapsler med medisin til å søke seg fram til en svulst og drepe den.
Ennå foreligger det kun få nanomedisiner på markedet, men det foregår et rotterace på området, farmasiindustrien er på hugget, man regner med at flere medisiner vil være klare i nær framtid.

Også innenfor EU har man sett hvordan nanomedisin åpner for uante muligheter. Nå prioriterer derfor unionen arbeid med nanomedisin, og har valgt ut seks sykdommer som vil få fokus framover: Sykdommer i hjernen (Alzheimer/Parkinson), kreft, diabetes, hjerte/kar -sykdommer, bakterie- og virusinfeksjoner og muskel/skjelettsykdommer.


Nanokapsler

Forskernes framtidsvisjon rundt nanomedisin er å få fram en nanokapsel som kan diagnostisere sykdom tidlig, finne svulst/sykdom i kroppen, bekjempe den, bekrefte at medisineringen virker og kontrollere det hele i etterkant.

Ruth Baumberger Schmid og hennes kollega Christian Simon, er to av forskerne ved SINTEF som arbeider med å skreddersy såkalte nanokapsler. Dette er hule nanopartikler der kjernen er tatt ut. Kapslene er så små at de ikke kan sees. En kapsel kan bære 2-3 sorter medisin. Virkestoffet plasseres i det ledige hulrommet i kjernen, og slippes ut i kroppen ved hjelp av ulike mekanismer.

Men utfordringene er mange. I dag lager SINTEF mikro- og nanokapsler som er mellom 50- 1000 nanometer i diameter. For enkelte medisinske formål må kapslene være under 100 nanometer. Problemet er at om kapslene lages i denne størrelsen, må skallet bli tynnere for å kunne få inn samme mengde innhold i kapselen, og med tynt skall er det større fare for at medisinen lekker ut for tidlig.
Kapslene må også kunne lages slik at de retter seg direkte på målet, leverer medisinene på en kontrollert måte, og de må være usynlige for makrofagene (cellene som ”rydder” i kroppen) for ikke å bli spist opp! Ingen har i dag klart alle disse utfordringene samtidig.


Åpne og lukke
Christian Simon er koordinator for det store EU-prosjektet Nanocaps, som er inne i siste fase, og hovedsakelig skal løse industriens utfordringer på feltet. Her jobbes det med innkapsling og frigjøring av ulikt innhold i kapslene. SINTEF deltar sammen med bedriften KeraNor for å utvikle mikroemulsjoner og nanokapsler ved hjelp av nye metoder basert på membraner. Mye av kunnskapen herfra kan benyttes videre til medisinske anvendelser.

De norske aktørene i prosjektet har sin styrke i stor kunnskap rundt å fremstille membraner, skreddersy nanopartikler og å bruke membranprosesser på mange nye felt.  - Vi starter med tomme kapsler, forteller Christian Simon. - Når vi skal fylle kapslene må vi derfor få skallet til å åpne seg. Dette gjør vi for eksempel ved hjelp av pH (surhet) i omgivelsene. Med en pH i omgivelsene høyere enn 7,5 er skallet lukket. Justerer vi pH-en til under 6, vil skallet bli porøst og slippe gjennom molekyler. Når vi har fylt kapslene, lukker vi skallet igjen ved å heve pH igjen. 

Andre aktører benytter temperatur og lys til å endre skallet eller få det til å eksplodere. Polymerer med sølv er for eksempel følsomme for lys. Kapselen endrer volum og eksploderer under sterkt lys. Den lille norske bedriften CancerCure som jobber med nanomedisin, bruker gasskapsler inn i kroppen. Ved hjelp av ultralydbølger kan man få kapslene til å eksplodere slik at innholdet slippes ut.


Riktig mål
Like viktig som innkapsling og frigjøring av innhold i kapslene, er det at innholdet i kapslene bringes til målet og ikke slippes ut på feil sted. Ruth Baumberger Schmids gruppe i kjemimiljøet på SINTEF, har lenge jobbet med overflater på ulike typer kapsler. Nå har man økt fokus mot medisinleveranser. Gjennom å endre overflatene, kan man få kapslene til å gå til bestemte steder i kroppen.

– Vi kan lage overflaten slik at den blir brutt når miljøet rundt kapselen er «det riktige». Ønsker vi for eksempel at en medisin ikke skal tas opp i mage, men i tarm, må vi lage en innkapsling som tåler magens sure miljø, men ødelegges i tarmens basiske miljø, sier Schmid. Andre «triggere» vi kan utnytte, er temperatur og salt.
Ruth Baumberger Schmid og hennes miljø har også lang erfaring i å belegge kapslene med ulike molekyler som sørger for at kapselen kommer dit den skal, og at den ikke spises opp av makrofager. Hvis legene ønsker stoffet levert direkte til en kreftsvulst for å påvirke cellene her, er for eksempel dette en svært nøyaktig levering der forskerne må benytte seg av antistoffer og antigener.
– En celle har unike overflatemolekyler, og for å få kapslene med stoffet til den rette cellen, må vi plassere antistoff som gjenkjenner cellens unike molekyler på partiklene slik at de hekter seg på de riktige cellene, sier Schmid. - Partiklene venter da med å henge seg på til de finner de riktige typer celler.


Prioritert arbeid

I fjor vår ble både NTNU og SINTEF medlemmer av EUs nanomedisin-plattform. Teknologiplattformen skal sikre en felles europeisk tilnærming til store strategiske utfordringer innen nanomedisin, og få med hele verdikjeden fra FoU via demonstrasjon til markedsgjennombrudd.

Ruth Baumberger Schmid har hatt jobben med å skrive og sende inn hva SINTEF har av interesser og forskning på området.
- Når det 7. rammeprogram kommer med utlysninger rundt ulike nanomedisin-tema, er målet å bli med i noen av prosjektene. Ved aktiv deltakelse i plattformen, har vi også hatt mulighet til å influere på hva som skal være europeisk strategi på området, forteller hun.

 


FAKTARAMME Nanomedisin:

• Nanomedisin defineres som nanoteknologi anvendt på helse.
• SINTEF Helse ligger – sammen med NTNU og St. Olavs Hospital, langt framme internasjonalt på området diagnostikk gjennom ”imaging” eller billedlegging med ultralyd, MR og MRI. Kombinert med medisinering, blir ”imaging” et utmerket verktøy.

• SINTEF Materialer og kjemi arbeider med å innkapsle medisin og skape riktige overflater på nanokapslene.

• SINTEF IKT arbeider med MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) og NEMS (Nano Electro Mechanical Systems). Teknologien kan benyttes til å lage håndholdte Lab-On-A-Chip analysesystemer som bestemmer hva som feiler en pasient i løpet av minutter. Den brukes også til medisinske sensorer og medisineringsenheter, som kan implanteres i kroppen ("in vivo") for langtidsbruk, eller benyttes under operasjoner og mer kortfattete analyser av kroppens tilstand og funksjon.

• NTNU-siden som samarbeider med Nobipol, har også aktiviteter mot regenerativ medisin og å lage grobunn for stamceller med selvreparerende potensiale. 
 

Tekst: Åse Dragland.

Kontakt: Christian Simon, SINTEF Materialer og kjemi
Tlf.: 93811275, e-post: Christian.R.Simon@sintef.no