En ny uppfinning från Chalmers banar nu väg för hur morgondagens läkemedel ska kunna formuleras för att nå sitt mål.
Professor Fredrik Höök hoppas att den nya metoden  att karaktärisera biologiska nanopartiklar på ett mer avancerat sätt ska  leda till design av bättre läkemedelsformuleringar. Det handlar om läkemedel som inte är små konstgjorda molekyler, utan uppbyggda av biologiska molekyler så som DNA och RNA – den kod som ligger till grund för hur cellerna fungerar.
​Foto: Mia Halleröd Palmgren

Chalmersuppfinning banar väg för nästa generations läkemedel

En ny uppfinning från Chalmers banar nu väg för hur morgondagens läkemedel ska kunna formuleras för att nå sitt mål. Resultaten publicerades nyligen av tidskriften Nature Communications.

Ett lovande sätt att behandla i dag obotliga sjukdomar är att koda om cellerna. Eftersom omkodningen måste ske inne i cellen kräver det att läkemedlet kan ta sig genom cellens skyddande membran. Det är en svår utmaning att designa och kapsla in stora biologiska molekyler som klarar detta.
 
Forskningen kring hur läkemedel ska kunna ta sig in i cellerna bygger på att man med hjälp av nanopartiklar försöker efterlikna kroppens egna processer. Till exempel kan celler naturligt kommunicera med varandra med hjälp av nanokapslar. Vi vet redan att virus kan ta sig in i cellerna och orsaka sjukdomar som till exempel vinterkräksjuka, influensa, hiv och zika. Det är inte lika känt att fullt friska celler kommunicerar molekylära koder på ett liknande vis, med hjälp av biologiska nanopartiklar.

– Virus som binder till cellens yta har mekanismer för att ta sig in och leverera sin molekylära kod. Men att använda virus för läkemedelsleverans är förknippat med stora risker. Därför försöker man i stället efterlikna egenskaperna hos naturligt förekommande biologiska nanopartiklar, säger Fredrik Höök, professor i fysisk/biologisk fysik på Chalmers.
 
Uppfinningen från Chalmersforskarna gör det möjligt att karaktärisera biologiska nanopartiklar på ett mer avancerat sätt. Tidigare krävdes det två separata metoder, och man kunde med dessa bestämma antingen en partikels storlek eller dess innehåll, inte både och. Med den nya metoden är det möjligt att på samma gång avgöra både storlek och innehåll för enskilda nanopartiklar.

– Eftersom upptag av nya så kallade biologiska läkemedel beror både på hur stora nanokapslarna är och vad de innehåller, kommer vår uppfinning förhoppningsvis leda till design av bättre läkemedelsformuleringar. Det handlar om läkemedel som inte är små konstgjorda molekyler, utan uppbyggda av biologiska molekyler så som DNA och RNA – den kod som ligger till grund för hur cellerna fungerar, säger Fredrik Höök.
 
Tillsammans med två kollegor driver han ett holdingbolag som äger patentet på den nya uppfinningen. I samma bolag finns också en tidigare uppfinning som gör det möjligt att se biologiska nanopartiklar utan att använda så kallade fluorescenta markörer. Bolaget som startades med stöd från Vinnova och Stiftelsen för strategisk forskning (SSF) har ett etablerat samarbete med både AstraZeneca och Sahlgrenska Universitetssjukhuset. Den nya uppfinningen har också verifierats i samarbete med en forskargrupp i Singapore.
Hur den nya metoden blev till var något av en oväntad lyckträff.
 
– Stunden när två av mina studenter, Stephan Block och Björn Fast, insåg att det borde kunna gå att lösa problemet genom att tänka ortogonalt mot hur vi först tänkt – och att det faktiskt funkade – var väldigt rolig. Det var fantastiskt att alla pusselbitar föll på plats, säger Fredrik Höök.
 
Text: Mia Halleröd Palmgren
 
Läs den vetenskapliga artikeln "Two-dimensional flow nanometry of biological nanoparticles for accurate determination of their size and emission intensity" i Nature Communications.
 
 

Fakta: Så fungerar den nya uppfinningen/metoden

Konceptet utgår från den tvådimensionella fluiditeten hos ett konstgjort cellmembran, ett så kallat lipidmembran. Om en biologisk nanopartikel binds ner till ett sådant lipidmembran kommer den att uppvisa en slumpmässig rörelse över ytan, liknande den slumpmässiga rörelse den utfört om den vore fri i lösning, men med två väsentliga skillnader: För det första är rörelsen begränsad till lipidmembranets plan. För det andra bestäms den slumpmässiga rörelsen inte längre av nanopartikelns storlek. I stället bestäms den slumpmässiga rörelsen av friktionen i lipidmembranet.
Om ett vätskeflöde appliceras längs ytan kommer nanopartiklarna börja röra sig parallellt med flödet; ju större nanopartiklarna är, desto snabbare rör de sig. Men de känner också av lipidmembranets friktion, så för att bestämma vilken kraft som verkar på dem, måste man ta reda på friktionskoefficienten. Den kan man i sin tur få genom att betrakta just den slumpmässiga rörelsen – eftersom den bestäms av friktionskoefficienten. Det är då möjligt att räkna ut kraften som verkar på nanopartikeln, varpå det är enkelt att bestämma storleken. Eftersom partiklarnas rörelse samtidigt är begränsad till membranets yta är det hela tiden i fokus och därför är det enkelt att mikroskopiskt bestämma deras innehåll. Följaktligen kan man i samma mätning bestämma varje nanopartikels både storlek och innehåll.

Publicerad: fr 23 sep 2016. Ändrad: on 28 sep 2016