Hon laddar framtidens målsökande piller

När Gunilla Jacobson, forskare vid Institutionen för kemi på Stanford university i Kalifornien, tillverkar sina läkemedelsladdade nanopartiklar fyller hon en liten trycktålig kammare med koldioxid. Det höga trycket gör att gasen övergår i en så kallad superkritisk fas, ett speciellt tillstånd där koldioxiden rör sig som en gas men löser andra ämnen som en vätska.

I denna superkritiska koldioxid bakar hon sedan sina nanopartiklar, genom att spraya in en blandning av en kroppsvänlig polymer och en läkemedelssubstans i kammaren.

– Så fort blandningen kommer in i den superkritiska koldioxiden kollapsar dropparna och bildar hårda partiklar, säger Gunilla Jacobson.

Partiklarna blir nanometerstora med en diameter som är 10 000 gånger mindre än diametern på ett hårstrå. De är så små att de utan problem kan passera genom kroppens tunnaste kapillärer.

Gunilla Jacobson samarbetar med en rad forskare som testar hennes nanopartiklar mot olika sjukdomar. I det projekt som har kommit längst behandlar de en ovanlig men smärtsam hudsjukdom: pachyonychia congenita. Personer som lider av den överproducerar ett ämne i huden som heter keratin.

– De får stora blåsor under fötterna när de till exempel går en dag på jobbet. De får tjocka naglar, och hård hud på tungan, säger Gunilla Jacobson.

Grunden till sjukdomen är en överaktiv gen. För att försöka bromsa genens framfart använder forskarna en upptäckt som belönades med Nobelpris år 2006, den så kallad RNA-interferensen (RNAi, se rutan på sidan 38). Med hjälp specialutformade RNA-molekyler stängs aktiviteten i en enda av kroppens gener av, i det här fallet den keratinbildande genen. Sedan sprutas RNA-molekylerna in i huden.

– Men det ger bara effekt någon millimeter runt injektionsstället, säger Gunilla Jacobson.

Att ta sprutor är dessutom extremt plågsamt för personer med pachyonychia congenita och de små läkande RNA-molekylerna är oerhört instabila, så effekten kvarstår bara någon dag. Därför är metoden inte användbar som den ser ut nu.

Lösningen är förhoppningsvis Gunilla Jacobsons nanopartiklar. När hon bakar in RNA-molekylerna i den skyddande partikeln släpps de ut i huden mycket långsammare. I djurförsök har Gunilla Jacobson fått effekten att kvarstå under hela 80 dagar. Målet är nu att ta fram en salva som transporterar nanopartiklarna in i huden.

– Drömmen för personer med den här hudsjukdomen är ett läkemedel som sprids över hela foten, armen eller tungan och som de inte behöver ta varje dag, säger Gunilla Jacobson.

RNAi är en av de få upptäckter som belönats med Nobelpris redan några år efter själva genombrottet. Orsaken är just den extrema precision som metoden ger; att forskarna kan välja att slå ut en enda av kroppens över 20 000 gener.

Problemet är att styra de små RNA-molekylerna till rätt del av kroppen. I blodet bryts de ner på nolltid. Men genom att förpacka RNA-molekylerna i nanopartiklar kan forskarna skydda dem. Amerikanska forskare lyckades förra året bevisa att de kunde stänga av gener i cancerceller med hjälp av RNA-laddade nanopartiklar. Det var under en tidig klinisk prövning, så kallad fas 1, med patienter som led av olika former av svårbehandlad och spridd cancer.

– En av patienterna, som hade malignt melanom, hade över femtio tumörer spridda över båda sina ben. Efter behandlingen stabiliserades hennes sjukdom under flera månader, säger Mark Davis, professor i kemiteknik vid California institute of technology, och ansvarig för utformningen av de nanopartiklar som användes vid behandlingen.

Analyser av vävnadsprover från flera av kvinnans tumörer visade att behandlingen hade slagit ut funktionen hos den gen, RRM2, som RNA-molekylerna var riktade mot och som är överaktiv i flera olika former av cancer.

– Vi är ganska exalterade över resultaten. Styrkan i RNAi ligger i att man kan välja vilken gen man vill slå ut. Vi kan välja olika gener för olika former av cancer och vi kan attackera flera gener samtidigt, säger Mark Davis.

Genom att använda nanopartiklar utnyttjar också forskarna en svaghet hos tumörerna: att deras blodkärl läcker lite. När tumörerna växer nybildar de hela tiden blodkärl för att få syre och näring. Innan dessa kärl är färdigformade finns det porer i väggarna som är uppemot en mikrometer stora. Nanopartiklar som sprutas in i blodomloppet slinker lätt igenom dessa hål och fastnar i tumörvävnaden. Den last som nanopartiklarna bär på kommer därför att koncentreras vid cancercellerna.

Därför har nanopartiklar blivit extra heta inom cancermedicinen. Just nu sker en explosiv utveckling där forskare världen över testar olika strategier. De flesta är bara på ett tidigt experimentstadium. Men några av partiklarna har börjat testas i kliniska prövningar på människor.

En av de nanopartiklar som har kommit längst är laddad med ett cellgift som heter camptothecin. Ämnet är så giftigt att det inte har kunnat användas tidigare eftersom biverkningarna har varit för kraftiga. Men nanopartiklarna skyddar kroppen och får giftet att ansamlas i tumörerna. Mark Davis laboratorium ligger bakom även denna nanopartikel.

– Nu kan vi ge patienterna lägre doser, men samtidigt få större effekt, säger han.

Camptothecin-partikeln testas just nu i en klinisk fas 2-prövning i USA mot cancer där standardbehandlingarna inte längre biter. Hos några personer med icke-småcellig lungcancer har nanobehandlingen fått tumörtillväxten att tillfälligt avstanna. Vissa patienter blev hjälpta av behandlingen i några månader, andra i över ett halvår – vilket i dessa fall är en lång tid. En ny klinisk prövning har just inletts i Europa.

Även Gunilla Jacobson designar nanopartiklar för behandling av cancer, prostatacancer. I ett annat samarbetsprojekt tar hon med hjälp av superkritisk koldioxid fram RNA-laddade nanopartiklar som slår mot hepatit C, och i ett tredje nanopartiklar som hindrar ärrbildning när läkare skarvar ihop blodkärl. Det geniala med hennes nanopartiklar är att det är lätt att skala upp tillverkningen. Om någon av nanopartiklarna visar sig vara användbar i kliniska prövningar på patienter, kan ett läkemedelsföretag lätt framställa stora mängder.