Robert Langer fortalte EarthSky, "Du vil gerne have, at et kræftlægemiddel skulle gå til kræftcellen - og til ingen anden celle i kroppen."
Hvordan kommer målrettet lægemiddelforsyning mennesker til gode?
Lad os sige, at nogen har kræft. Du vil have, at kræftlægemidlet skal gå lige til målet - lige til kræftcellen - og til ingen anden celle i kroppen. Det ville gavne folk, fordi stoffet ville være meget mere effektivt. Det ville ikke have de bivirkninger, du får, når et lægemiddel går over hele kroppen.
Lige nu, hvis du har brug for at tage et stof, går stoffet over hele kroppen. Det er derfor, mange gange, når vi tager nogle medicin, får vi bivirkninger, undertiden dårlige effekter. Nogle gange bliver vi syge i vores mave. Nogle gange får vi hovedpine. Det hele afhænger af stoffet.
Du kan bruge målrettet lægemiddelafgivelse, så længe du ved, hvor du vil hen i kroppen. Lad os sige, at du vil prøve at behandle hjertesygdomme, og du vil have, at den skal gå til et blodkar. Vi har også gjort noget arbejde med det. Der er også andre sygdomme - inflammatoriske sygdomme og så videre - men du bliver nødt til at have de rigtige mål i kroppen.
Enkeltpolymerkæder registreret ved hjælp af et atomkraftmikroskop (Wikimedia Commons).
Du arbejder med polymere lægemiddelforsyningssystemer. Hvad er polymerer? Hvorfor bruge polymerer til at bringe medikamenter til en bestemt del af kroppen?
Når du hører om ting som polyestere, er det polymerer. Plast er polymerer, og gummi er også en polymer. Polymerer er utroligt alsidige. Så du kan bruge dem, og du kan gøre dem til alle slags former og former, inklusive nanopartikler. Det er deres alsidighed, der gør dem så hjælpsomme.
Og hvad er nanopartikler?
Nanopartikler er små små partikler - mindre end en mikron - meget mindre end bredden af et menneskehår. Så de er meget, meget små. Men fordi de er små, har de evnen til at komme ind i celler. Og hvis du lægger stoffer i dem, kan de - hvis du designer dem korrekt - lade stoffet komme ind i den celle, du ønsker.
Du kan også fremstille polymerer, der er meget sikre, så de kan være gode bærere af stoffer. Vi har ofte designet disse polymerer, så de nedbrydes til ting som vand og kuldioxid eller ting, der kommer ud i urinen, som er meget, meget sikre.
Her er et eksempel på, hvordan målrettet lægemiddelforsendelse fungerer. Målrettede medikamentleveringskapsler (rød) klæber til kræftcellerne, der udtrykker A33-antigenet (blåt), samtidig med at man undgår cellerne, der ikke udtrykker antigenet (grønt). (NPG Asia Materials)
Hvordan virker det? Hvordan hjælper en polymer med at udvikle et målrettet medicinafgivelsessystem?
En polymer på molekylært niveau er bare et rigtig langt molekyle, der består af meget mindre molekyler. Det, der er specielt ved det, er, at du kan kontrollere alle dens kemiske egenskaber. For eksempel vil du måske justere polymerens nedbrydningshastighed. Nedbrydes det hurtigt eller langsomt? Hvis du prøver at frigive et lægemiddel, kan du designe polymeren, så den muligvis frigiver stoffet hurtigt eller langsomt. En tredje ting, du måske ønsker at regulere, er dens mekaniske styrke. Og alle disse er mulige at gøre ved at justere polymeregenskaberne.
Vi har dybest set arbejdet på nye måder at designe nanopartikler, som du kan injicere i kroppen - som kan rejse rundt i kroppen i lang tid - men i sidste ende finde tumoren eller anden syg tilstand. De tager stoffet lige til det sted, hvor du vil, og ikke til et af de steder, hvor du ikke ønsker det. Eller i det mindste begrænser de stoffet meget fra at gå til et af de steder, du ikke ønsker det.
Hvilke gennembrud er der sket i de senere år for at få et polymert medikamentleveringssystem til at have så meget løfte nu?
Der har været en række gennembrud. Nogle er i materialevidenskab, og andre er i biologi. Eksempler inden for materialevidenskab er nye metoder til at fremstille nanopartikler af lige den størrelse og form, du ønsker.
Jeg forstår, at der er et potentiale ved denne teknologi til at levere lægemidler direkte til vores DNA eller RNA.
Det er et af de store områder, vi har set på - at bruge disse nanopartikler til at levere gener eller stoffer, der slukker gener. Enten at slå gener til eller slukke gener.
Lad mig give et eksempel. Hvis nogen havde hjertesygdomme, kunne de have et højt kolesteroltal. Og der er visse gener, som du kan lukke ned, som får dig til at have mindre kolesterol. Det er en af de ting, vi har arbejdet på. Eller lad os sige, at nogen havde kræft, og kræftcellerne begynder at invadere gennem andre væv og forårsage en masse skade for patienten. Vi arbejder på gener, der kan forhindre denne invasion i at forekomme.
Hvornår begynder vi at se målrettede lægemiddelforsyningssystemer blive almindelige og overkommelige? Kan du give mig en tidslinje?
Det er meget svært at vide det. Personligt tror jeg, det vil tage mange, mange år. Jeg har ikke en tidslinje, men når som helst du udvikler nye medicin tager det lang, lang tid. Medicinen skal gennemgå så mange sikkerhedsforsøg og kliniske forsøg på mennesker. Der er gjort store fremskridt, men der er også meget arbejde foran os.
Polymerleveringssystemer har allerede stor indflydelse på transdermale plaster. De er i piller. De er i forskellige implantater. De er i stenter. Så de er i en masse ting.
Men målrettet lægemiddeludlevering er noget, der er mere i fremtiden. Der er kliniske forsøg med dem, der lige er startet. Jeg tror, at i de næste fem til ti år vil du se eksempler på, hvor de bruges klinisk og har stor indflydelse. I det mindste håber jeg det.
Jeg forstår, at du kan bruge disse systemer på andre områder, f.eks. Landbrug.
Ja. Det er ikke så meget, at du gør målrettede nanopartikler til landbruget, men du gør kontrolleret frigivelse . For eksempel, hvis nogen leverer pesticider til afgrøder, kan de måske bare dumpe dem fra fly. Pesticidet kommer alle på en gang og kan forårsage dårlige virkninger på jorden. Det fungerer måske ikke så godt. Det ville være meget bedre, hvis du kunne levere pesticidet med en relativt stabil hastighed over en lang periode. Det er, hvad kontrolleret frigivelse er. Det leverer ting generelt til en relativt stabil hastighed over en lang periode.Det er noget, som vi og andre har udviklet nogle generelle principper for, som anvendes, f.eks. Til levering af pesticider til afgrøder - og til alle slags ting.
Dr. Robert Langer (NIH)
Hvad er den vigtigste ting, du gerne vil fortælle Earth Sky's globale publikum om målrettede leveringssystemer ved hjælp af de lange, lignende strukturerede kæder af molekyler kendt som polymerer?
Systemer til levering af polymere lægemidler, der er målrettet, byder virkelig på nyt håb for en række forskellige medicinske behandlinger. Det er en måde at tage et medikament, der normalt går i kroppen og ikke fungerer så godt - og måske forårsage en masse bivirkninger - potentielt gå lige til det sted, hvor du vil have det, siger en kræftcelle og arbejde bedre med at dræbe det celle og ikke have bivirkninger.
Lyt til de 90 sekunder og 8 minutters podcasts fra EarthSky's interview med Dr. Robert Langer om målrettede medicinafgivelsessystemer øverst på denne side. Denne podcast er en del af serien Thanks To Chemistry, der er produceret i samarbejde med Chemical Heritage Foundation. EarthSky er en klar stemme for videnskaben.
Mere i serien Thanks to Chemistry: Nina Fedoroff om videnskab til globale landbrugsudfordringer