Nanoluokan huokosrakenteeksi muokattu pii on suomalaistutkimuksissa osoittautunut lupaavaksi apuaineeksi lääkeaineen kohdentamiseen ja sen hyötyosuuden parantamiseen.

Suomalaistutkijat kehittävät uutta menetelmää, jossa lääkeaine sitoutetaan huokoiseen piihin ja kuljetetaan tämän avulla elimistöön. Huokosiin voidaan ladata suuria lääkeainemääriä. Kun nanomittaluokan huokoiset piipartikkelit kohdennetaan niiden pintaan liitettyjen molekyylien avulla haluttuun kudokseen, kohteeseen saadaan viedyksi suuria määriä lääkeainetta.

– Piin räätälöitävyys on erinomainen eikä raaka-aine taatusti lopu kesken, sillä pii on maailman toiseksi yleisin alkuaine, sanoo professori Vesa-Pekka Lehto Kuopion yliopiston fysiikan laitokselta.

Piihin valmistetaan nanohuokosia sähkökemiallisella syövytyksellä ja siitä tuotetaan mikro- tai nanopartikkeleita. Huokoisuus partikkeleissa on 50–80 %:n luokkaa – Lehdon mukaan huokoista piitä on kutsuttu ”tyhjyyden verkostoksi”. Materiaalia voidaan hyödyntää monenlaisia antoreittejä käytettäessä.

Lehto johtaa nanoteknologiaan pohjautuvan, huokoista piitä hyödyntävän lääkeannostelun perustutkimusta Kuopiossa. Suomen Akatemian FinNano-tutkimusohjelmaan kuuluvaan monitieteiseen tutkimuskonsortioon osallistuu ryhmiä Kuopion, Turun, Helsingin ja Oulun yliopistoista sekä Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta.

Lääkeaineen vapautumista huokosista voidaan muuntaa

Lataamalla lääkemolekyylit huokosiin saavutetaan uudenlaisia biofarmaseuttisia ominaisuuksia. Huokoskokoa ja huokosten pintakemiallisia ominaisuuksia muuntelemalla voidaan muuttaa hallitusti esimerkiksi lääkeaineen vapautumisnopeutta.

– Kun lääkeaine ladataan vain hieman sen molekyyliä suurempiin huokosiin, sen kiteytyminen voidaan estää ja näin sen vapautuminen helpottuu. Heikosti liukenevan lääkeaineen liukenemisnopeus moninkertaistuu, sanoo Vesa-Pekka Lehto.

Toisaalta lääkkeen vaikutusaikaa voidaan myös pidentää hidastamalla lääkeaineen vapautumista huokosista. Tämä hyödyttää erityisesti peptidi- ja proteiinilääkkeiden kehittelyä. Esimerkiksi ruokahalua sääteleviä peptidejä tunnetaan useita, mutta käytännössä niitä ei ole pystytty hyödyntämään lääkkeinä, koska ne hajoavat nopeasti.

– Greliiniantagonisti saadaan huokoisiin mikropartikkeleihin sidottuna vaikuttamaan jopa 18 tuntia, kun muutoin vaikutusaika on 4 tuntia, kertoo Lehto.

Oraalisen lääkityksen hyötyosuus paranee

Lääkeaineen antaminen huokoiseen piihin ladattuna tehostaa imeytymistä ja parantaa biologista hyötyosuutta erityisesti suun kautta annettaessa. Indometasiinilla tehdyissä kokeissa huokoiseen piihin sidotun lääkeaineen hyötyosuus oli 100 %, kun kiteisellä lääkeaineella se oli vain noin puolet siitä. Huippupitoisuus plasmassa oli suurempi ja saavutettiin huomattavasti nopeammin huokoista piitä apuna käytettäessä.

Huono hyötyosuus on lääkekehittelyn ongelma arviolta yli 95 %:ssa uusista lääkeainekandidaateista. Jo pelkästään huono liukoisuus on pulmana 40 %:ssa. Lisäksi heikko imeytyminen ruoansulatuskanavasta tai voimakas ensikierron metabolia vaikeuttavat erityisesti suun kautta annettavien lääkkeiden kehittelyä.

– Uudet terapeuttiset yhdisteet ovat aina vain monimutkaisempia, joten ongelma vain kasvaa tulevaisuudessa. Helpot molekyylit on jo keksitty, sanoo Vesa-Pekka Lehto.

Turvallisuus näyttää lupaavalta

Eläinkokeiden ja in vitro -tutkimusten perusteella solut sietävät hyvin huokoisia piipartikkeleita eikä esimerkiksi tulehdusvasteissa ole havaittu muutoksia. Myös nanopartikkelien vuorovaikutus solujen kanssa on näyttänyt turvalliselta: makrofageissa nanopartikkelit eivät ole menneet tumaan vaan löytyvät lysosomeista.

– Ihon alle injisoidut partikkelit liukenevat muutamassa viikossa. Liukenemistuote on piihappo, joka poistuu normaalisti virtsassa. Se ei ole haitallista, sitä on elimistössä jonkin verran muutenkin, sanoo Lehto.

Turvallisuuskysymyksiin voi tulla lisävahvistusta myös muiden ryhmien tutkimuksista. Englantilaistutkijat ovat edenneet jo kliinisiin tutkimuksiin haimasyövän hoidossa, jossa haimaan ruiskutetaan radioaktiivista fosforia piin huokosrakenteeseen sidottuna. Näin saadaan suuri säteilyannos kohdennetuksi täsmällisesti.

Miten perustutkimuksesta eteenpäin?

Hyötyosuuden parantaminen uuden annostelutekniikan avulla on ideana houkutteleva, mutta sen vieminen akateemisen perustutkimuksen tasolta kliinisiin sovelluksiin ei ole helppoa. Kysymykset materiaalin turvallisuudesta, tuotantomahdollisuuksista ja patenttisuoja-asioista tulevat heti vastaan, kun yrityksiä yritetään saada innostumaan uudesta keksinnöstä.

– Uusi innovaatio vaatii panostusta teollisuudelta ja lisää myös lääkkeen hintaa. Suomi on tässä pieni pelikenttä, yritysrahoitus on saatava muualta, toteaa Lehto.

Marianne Jansson