Dr. Szebeni Jánossal, a nemrégiben létrehozott miskolci Bay Zoltán Nanotechnológiai Kutató Intézet Nanomedicina osztályának vezetőjével beszélgettünk kutatásaikról, céljaikról, a fejlesztések irányvonalairól.
A nanotechnológia egyik területe a nanomedicina. Mit takar e szakterület, milyen képet alakítsunk ki önmagunkban róla?
Röviden, a betegségek megelőzésének és kezelésének a nanotechnológia vívmányaira épülő új megközelítése. Konkrétabban szólva, a nanotechnológia alkalmazása minőségi ugrást biztosít a meglévő gyógyszerek hatékonyabbá tételében, mellékhatásaik csökkentésében, adagolásuk egyszerűsítésében, szabályozhatóságában. A nanomedicina reményt ad eddig gyógyíthatatlan betegségek gyógyítására is. Az orvostudomány ezen, egyre inkább elkülönülő szakterületének másik fő célja a képalkotó diagnosztikus és kutató analitikus eljárások javitása a betegségek és életműködések minden eddiginél részletesebb megismerésére, nano-kontrasztanyagok, nanométer felbontásu, csúcstechnológiát képviselő mikroszkópikus eljárások bevetésével. De idetartozik a humán genom megismerésén alapuló molekuláris genetikai eljárások terjesztése és továbbfejlesztése is. Talán nem árt emlékeztetni, a nanométer a milliméter milliomod része, a nagyobb fehérje molekulák, sejtszervek, vírusok dimenziója.
Az egészségügyben, gyógyászatban milyen területeken hasznosítják a nanomedicina eddigi vívmányait?
5.-es biológiakvíz: hány veséje van egy embernek? – 10 kérdés az emberi testről
A nanomedicina gyógyításra szakosodó ága, amit nano-terápiának is nevezhetünk, eddig leginkább a tumoros és gombás betegségeknél hozott eredményeket. Nevezetesen, számos rák és fertőzéses megbetegedés kezelésének élvonalában megjelentek az irányítható, nanokapszulába zárt kemoterápiás szerek, példaként említve a liposzómába zárt doxorubicint és amphotericin B-t, melyek a petefészekrák és szisztémás gombás fertőzések gyógyítására lettek elfogadva. Mindkét szer előnye a mellékhatások, különösképpen a szívmellékhatások csökkentése azonos, vagy javult terápiás hatásfok mellett. A legújabb "nanosztár" rákellenes szerek, az Abraxane és Rituxan, a tumorsejteket aktívan megcélzó nano-gyógyszerek ismert példái. A nano-diagnosztika terén az ultrahangos képfelbontást a szó szoros értelmében "látványosan" javító nanobuborék kontrasztanyag, a SonoVue, és a mágneses rezonancia kontrasztanyag, gadolinium fullerén említhetők.
Milyen elven működik a nanomedicina?
A nano-gyógyszerek közös jellemzője, mondhatni kritériuma, a multimodularitás és multifunkcionalitás. E fogalmak azt jelentik, hogy a gyógyszer legkisebb vízoldékony eleme, ami a tápcsatornába vagy a keringésbe kerül, több modulból áll, melyek egymástól független funkciókat látnak el. A gyógyító funkcióért a hagyományos gyógyszermolekula felelős, míg a kiegészítő modulok a felszívódás, metabolizmus, szöveteloszlás javítását ill. a kezelendő sejtekhez történő célbavitelt biztosítják. A nano-gyógyszerek eddig alkalmazott, illetve kutatás alatt álló, szállító funkciót ellátó moduljai között a liposzómák mellett a micellumok, dendromerek, fullerének, egyéb hálózatos polymerek említhetők. Célzó funkciót antitestekkel, lineáris polymerekkel, glycolipid és glycoprotein ligandokkal érnek el, melyeket vagy közvetlenül a gyógyszermolekulára, vagy a szállító modulra kötnek. Hangsúlyozni szeretném, a gyógyszerek biológiai hatásait nem megváltoztatni, hanem optimalizálni kívánjuk.
Hogyan kell elképzelni a gyártási folyamatot, a becsomagolási mechanizmust?
Szinte minden nano-gyógyszer valamilyen speciális, általában szabadalommal védett komplex technológiával készül, a gyártási folyamatok, a gyógyszerek becsomagolásának módszerei rendkívül változatosak. Számunkra a liposzómák a fontosak, így a liposzómába zárásról tudnék a leginkább konkrétan beszélni. Nagyon leegyszerűsítve a folyamat a következőképpen zajlik. Először elkészítünk egy foszfolipid filmet, ami a szerves oldószer eltávolítását jelenti oly módon, hogy a lipid molekulák egy vékony filmet képeznek az edény falán. Ezt a filmet "nedvesítjük" a gyógyszert is magában foglaló vizes oldattal, aminek során a foszfolipid molekulákból a gyógyszert hermetikusan magába záró, lipid kettősréteg(ek)ből álló mikroszkópikus zsákok, vezikulák, azaz liposzómák képződnek. A gyógyszerbezárás egy másik, "távoli feltöltés"-nek (remote loading) fordítható módja szerint az üres liposzómákat gyógyszeroldatba helyezzük olyan fizikokémiai feltételek között, ami a gyógyszer felhalmozódására vezet a vezikulákban. Ha a gyógyszer nem vízoldékony anyag, a lipid molekulák közé oldjuk, így a liposzómák foszfolipid "bilayerének" alkotójává válik. Végezetül a liposzómák komplex szűrésen vagy egyéb homogenizációs folyamaton mennek át hogy szerkezeti sajatságaikban stabil és reprodukálható, a gyógyszerkövetelményeknek megfelelő készítményként forgalomba kerülhessenek.
Néhány helyen lehet olvasni science fictionba illő nanorobotokról. Mi az igazság, léteznek ilyenek?
Abszolút léteznek, nélkülük el sem képzelhető az élet. Persze ehhez az állításhoz előre kell bocsátani, hogy én, mint biológiával foglalkozó kutató, nanorobotok alatt azokat a szubmikron nagyságú sejtszervecskéket értem (pl. a riboszómák, mitokondriumok), amelyek szünet nélkül mozgatják, görgetik, vágják és kapcsolják a különböző molekulákat a sejt életének fenntartására. Hasonlóképpen, számomra a vírusok, kisebb gombák és baktériumok, a nanorobot technológia zseniális megtestesítői: az persze más kérdés, hogy nem feltétlenül egészségünk szolgálatában. Kémikusok számára a nanorobotok makromolekuláris enzimkomplexek, melyek - mérnöki szemlélettel - molekuláris esztergapadok, emelők és daruk, melyek a nanométer nagyságrendben építkeznek "felfelé", makroszkopikus dimenziókba. A nanorobot koncepció egyébként fontos szerepet játszott a nanotechnológia fejlődésében az 1980-as évek közepétől, amikor Eric Drexler, a terület egyik úttörője, önmagát replikáló nanorobotokról kezdett beszélni, amik kontroljukat veszítve, beláthatatlan károkat okozhatnak az emberiségnek. Bár máig is vitatják, hogy funkcionális nanorobotok elvileg létrehozhatók-e a technológiai fejlettségünk mai szintjén, Drexler víziója jelentős riadalmat - és így figyelmet - keltett világszerte. Kis költői túlzással, a drexleri nanorobotok fiktiv lázadása fontos esemény volt a - korunk ipari forradalmának nevezett - nanotechnológia történetében.
Térjünk vissza a realitásokba. Itthon milyen készítményeket kutatnak és alkalmazásuk mennyire időszerű?
Magyarországon számos helyen foglalkoznak nanotechnológiával ill. annak különböző ágazatával. A rendkívül technológia-intenziv nanokapszulázáson alapuló gyógyszerfejlesztés, amit a miskolci Bay Zoltán Nanotechnológiai Intézetben indítottunk útnak az NKTH támogatásával, szoros együttműködésben a Semmelweis Egyetemmel, a Szentágothai János Tudásközponttal, a szegedi Bay Bio Intézettel valamint jónéhány külföldi intézettel, tudomásom szerint a hazai gyógyszerkutatás egyik új irányát képviseli. Meg kell jegyeznem azonban, hogy hosszú idő után külföldről hazatérve nincs teljes rálátásom a hazai mezőnyre e területen, így nagy örömmel veszünk minden programunkat elősegítő kollaborációs lehetőséget azokkal, akik e területen a múltban vagy jelenleg tevékenykednek. Intézetünk nanomedicina osztályán kiépülőben van egy ún. "tiszta szoba", azaz gyógyszerfejlesztő kisüzem amiben preklinikai kisérletekre ill. emberi kipróbálásra alkalmas minőségű és mennyiségű gyógyszer-jelölt készítményeket lehet gyártani. Első menetben különböző liposzómába zárt gyógyszereket kutatunk és fejlesztünk itt, többek között a - már említett - liposzómába zárt doxorubicin (Doxil) generikus változatát. E munkának az ad indokoltságot, hogy a Doxil egy, a petefészek, méh és sok egyéb daganatos megbetegedésben bevált sikeres gyógyszer, ami sokkal kevesebb mellékhatást okoz mint a szabad doxorubicin, vagy ezen betegségek kezelésének egyéb szokásos cytosztatikus szerei. Többek között a betegek haja nem hullik ki a kemoterápia nyomán. A kedvező hatás oka, hogy az ún. passzív célbavitel révén a liposzóma a tumorba irányítja a doxorubicint. A fejlesztés további fontos indoka, hogy a Doxillal jelenleg folyó számos klinikai kísérlet jó esélyt ad arra, hogy az említetteken felül a Doxil több más daganatos megbetegedés gyógyításában is szerepet kapjon a jövőben. A Doxil széleskörű alkalmazásának legfőbb gátja a magas ár: egy kezelési kúra több ezer dolláros költséggel jár. Mint az első forgalomba került nano-gyógyszer , a Doxil szabadalma néhány éven belül lejár, lehetőséget kínálva a gyártásra és forgalmazásra mint generikum. Egyik célunk erre a versenyre még időben felkészülni, a másik pedig az, hogy egy, a Doxilnál jobb biokompatibilitással bíró eredeti készítményt fejlesszünk ki.
Hogyan érhető el, hogy a Doxil csak ott fejtse ki hatását az emberi szervezetben, ahol szükséges?
Ez is érdekelhet
Amint említettem, az ún. passzív targetálás révén. Ez azt jelenti, hogy a tumorok kapillárisainak permeabilitása, azaz áteresztőképessége kifejezettebb, mint a normális, egészséges szöveteké. A Doxil át tud jutni ezeken a kapillárisokon, ugyan akkor az egészséges szöveti kapillárisok lukain nem fér ki, így végül a daganatba irányítódik. A XXI. század új, innovatív nanomedicinája már sok olyan találmányt valósított meg, mely korábban legfeljebb csak a fantázia világában létezhetett.
