Forskere vil bruge syreelskende mikroorganismer til at transportere medicin i menneskekroppen
Normalt lever mikroorganismen S. islandicus i gloende hede og syreholdige vulkanske kilder, men nu har den også fundet vej til et laboratorium på SDU, hvor forskere for første gang har testet dens evne til at levere medicin i menneskekroppen. S. islandicus kan blive eftertragtet i udviklingen af nye typer medicin - håbet er, at f. eks. diabetespatienter kan slippe for at stikke sig og nøjes med en tablet.
Mikroorganismen S. islandicus kan noget helt særligt: Den kan leve i stærk syre. Med den evne kan den tåle at passere gennem den menneskelige mavesæk, hvor der hersker stærkt syreholdige tilstande, og dermed er den et interessant forskningsobjekt for forskere, der arbejder med at transportere medicin ind i en patients krop.
”En af farmaciens store udfordringer er at finde metoder til at beskytte og transportere lægemiddelstoffer gennem mavesækken og videre til tyndtarmen, så disse ikke bliver frigivet og ødelagt i mavesækken, før de når at blive optaget. Det er eftertragtet at få lægemiddelstoffet sikkert frem til tarmsystemet, fordi mange typer medicin med fordel kan optages af kroppen gennem tarmene”, forklarer Sara Munk Jensen, ph.d.-studerende ved både Nordisk Center for Jordens Udvikling (NordCEE), Biologisk Institut og Institut for Fysik, Kemi og Farmaci, SDU.
Hun har netop afleveret sin ph.d.-afhandling i, hvordan man kan anvende fedtmolekyler fra ekstreme mikroorganismer til at transportere og beskytte lægemiddelstoffer.
Nemmere at tage en tablet end en injektion
Det gælder f. eks. væksthormoner, vacciner og insulin. Mange diabetes-patienter injicerer i dag insulin direkte ind i kroppen, og de kan have store fordele ved at tage insulin i tabletform i stedet. Ikke alene er det nemmere at tage en tablet end at stikke sig; hvis insulinen frigives i tyndtarmen vil det ske på en mindre kunstig måde end ved injektion, og det kan optimere patientens behandling med insulin.
Her kommer så den syreelskende mikroorganisme S. islandicus ind i billedet. S. islandicus er en mikroorganisme, som umiddelbart ligner en bakterie, men som er lige så forskellig fra bakterier, som mennesker er det. S. islandicus er en såkaldt ekstremofil archaeon; direkte oversat betyder det, at den elsker ekstreme forhold.
Nogle extremofile archaea elsker at leve i iltfrie miljøer, andre i saltholdige miljøer, og for S. islandicus gælder det, at den uden problemer klarer sig i miljøer, der er 75-80 grader varme og har en ph-værdi på 2-3. Disse livsbetingelser får organismen opfyldt i vulkanske kilder i bl.a. Island, Italien, Rusland og Nordamerika.
Sikkert gennem mavesækken
Sara Munk Jensen og kolleger fra NordCEE og Institut for Fysik, Kemi og Farmaci på SDU rapporterer nu i tidsskriftet International Journal of Pharmaceutics, at det er lykkedes at bruge S. islandicus til at konstruere en slags kapsel, som kan bringe lægemidler sikkert gennem mavesækken.
Forskerne isolerede fedtmolekyler fra S. islandicus i laboratoriet og brugte dem til at konstruere såkaldte liposomer (syntetisk fremstillede nanokapsler). Liposomer findes i mange forskellige afskygninger, og nogle bruges. f.eks. i kosmetik til at transportere plejende stoffer ind i huden.
Derefter blev de nyskabte liposomer fyldt med et farvestof og placeret i opløsninger, der svarer til mavesækkens syreholdige miljø. Efter ca. halvanden time var det tid at se, om nogle af liposomerne havde overlevet opholdet og stadig havde et intakt indhold af farvestof. Halvanden time svarer cirka til det tidsrum, som en tablet skal kunne tåle at opholde sig i mavesækken, inden peristaltikken sender den videre til tarmene.
Overlevede den stærke mavesaft
Nogle af liposomerne blev ødelagt – men ikke alle. Ca. 10 pct. overlevede den stærkeste mavesaft og havde stadig deres indhold af farvestof intakt efter halvanden time.
Det resultat er Sara Munk Jensen godt tilfreds med:
”Vi startede med en komplet usorteret portion fedtmolekyler fra S. islandicus. Normalt ligger der et stort oprensningsarbejde, når man laver liposomer, men her tog jeg dem alle sammen for at se, hvor langt man kan komme med råt, usorteret materiale. Hvis 10 pct. af de liposomer, der er skabt på det grundlag, kan overleve, så kan man godt forestille sig, at endnu flere vil overleve, når man begynder at oprense”, forklarer Sara Munk Jensen.
Hun mener, at ca. 85 pct. af liposomerne skal kunne overleve turen gennem mavesækken, før medicinalfirmaerne kan begynde at udvikle f. eks. insulin i tabletform.
Sådan gjorde forskerne
S. islandicus blev dyrket i fire dage ved 75 grader i laboratoriet. Forskerne isolerede alle fedtmolekylerne i dyrkningen og blandede dem med almindelige fosfolipider (særlige fedtstoffer i en cellemembran) og kolesterol. Blandingen blev: 18 pct. S. islandicus fedtmolekyler og 78 pct. fosfolipider/kolesterol. Forskerne lavede liposomer af denne blanding og lastede et farvestof ind i dem, så de kunne holde øje med, om liposomerne ville holde eller blive nedbrudt, når det blev udsat for galdesalte fra mavesaft. Liposomerne blev testet i en lav og en høj galdesaltkoncentration. I den lave koncentration var hele 75 pct. af liposomerne stadig intakte efter 1,5 time. Men i den høje koncentration var der kun 10 pct. tilbage. Både den lave og den høje koncentration svarer til koncentrationer, der kan findes i en normal mavesæk, nemlig hhv. 4 og 8 mM (en tusindedel af antallet af molekyler per liter). Faktisk kan koncentrationen hos almindeligt raske mennesker svinge mellem 0,3 og 9,6 mM.
Kontakt Sara Munk Jensen, saramj@biology.sdu.dk, telefon 6550 2739.
Ref International Journal of Pharmaceutics, Volume 493, Issues 1–2, 30 September 2015, Pages 63–69.
Liposomes containing lipids from Sulfolobus islandicus withstand intestinal bile salts: An approach for oral drug delivery? Sara Munk Jensena, b, Camilla Jahn Christensenb, 1, Julie Maria Petersenb, 1, Alexander H. Treuscha, Martin Brandlb, a Department of Biology and Nordic Center for Earth Evolution, University of Southern Denmark, b Department of Physics, Chemistry and Pharmacy, University of Southern Denmark.
Fotos S. islandicus i sit naturlige miljø på Kamchatka-halvøen (foto: Visions of Kamchatka) + foto af S. islandicus, dyrket i SDU's laboratorium (foto: Sara Munk Jensen)