Miksi tutkijat etsivät merestä uusia lääkkeitä
Kun lääketieteelliset tutkijat jatkavat pyrkimyksiään parantaa ihmisten terveyttä, jotkut kääntävät huomionsa merelle, koska uskovat, että maapallon merillä voi olla uutta tautia torjuvaa kemiaa.
Valtameret kattavat yli kaksi kolmasosaa maapallosta. Sanonnan mukaan tiedämme enemmän kuun pinnasta kuin valtameren pohjasta.
Meren kyky siirtyä pimeästä, räjähtävästä raivosta seesteiseen, kristallinkirkkaaseen rauhalliseen tyyliin on kauhistuttanut ja pettää ihmiskuntaa siitä lähtien, kun kävimme rannalla.
Maapallon valtamerien valtavan, käyttämättömän luonteen vuoksi on järkevää kaataa niiden syvyyksiä uusien ja innovatiivisten hoitojen etsinnässä.
Merieläimet, kasvit ja mikrobit ovat kehittäneet ainutlaatuisen kemikaalivalikoiman itsensä puolustamiseksi ja viestinnän helpottamiseksi. Tutkijat haluavat tietää enemmän näistä uusista yhdisteistä.
Miksi katsoa merelle?
On olemassa useita syitä siihen, miksi elämä meressä on kehittänyt erillisen valikoiman molekyylejä. Esimerkiksi lattialle ankkuroitujen eläinten, joilla ei ole panssarointia, kuten sienet ja korallit, on löydettävä muita tapoja puolustautua. Monissa tapauksissa kemikaalit ovat heidän valitsema ase.
Lisäksi merieläimillä on yleensä suhteellisen alkeellinen immuunijärjestelmä, ja jotkut elävät ylikuormitetuissa elinympäristöissä, kuten koralliriutoissa, joissa itsensä puolustaminen on kokopäiväinen työ.
Samaan aikaan meressä olevien organismien on houkuteltava joitain organismeja ja torjuttava toisia. Heidän on myös koordinoitava lisääntymistä synkronoimalla munien ja siittiöiden vapautuminen ympäristöön. Kaikki nämä asiat edellyttävät aktiivisia biologisia molekyylejä.
Eläimet ja kasvit, jotka asuvat meressä, istuvat ja uivat bakteerien, sienien ja muiden organismien kylvyssä, jonka tarkoituksena on muuttaa niistä ateria tai koti.
Tämä uhkien monimuotoisuus on pakottanut evoluution järjestämään yhä monimutkaisempia kemiallisia taisteluita. Jotkut tuloksena olevista yhdisteistä saattavat olla hyödyllisiä omassa taistelussa tauteja vastaan.
"Harkitse […] meren yleismaailmallista kannibalismia; kaikki, joiden olennot saalistavat toisiaan ja jatkavat ikuista sotaa maailman alusta lähtien. "
Herman Melville, Moby Dick
Muinaiset meret
Lääketieteellisten tutkijoiden kiinnostus merelle ei ole mitään uutta. Ensimmäinen todiste siitä, että ihmiset käyttävät valtameren lääkkeitä, tulee Kiinasta vuonna 2953 eaa. Keisari Fu Hsi: n hallituskaudella verosta kannettiin kalaperäisestä lääkkeestä saatuja voittoja.
Hyppäämällä muutama tuhat vuotta 1950-luvulle orgaaninen kemisti nimeltä Werner Bergmann eristää useita nukleosidia Karibian sienilajista nimeltä Cryptotethya crypta.
Nämä kemikaalit innoittivat uuden sukupolven lääkkeiden luomista, ja tutkijat saivat näistä nukleosidista kaksi lääkettä nimeltä Ara-A ja Ara-C. Lääkärit käyttävät Ara-A: ta herpesinfektioiden ja Ara-C: tä akuutin myelooisen leukemian ja non-Hodgkin-lymfooman hoitoon.
Viime vuosina huumeiden hankkiminen merestä on herättänyt kiinnostusta uudelleen. Seuraavassa on muutamia viimeaikaisia esimerkkejä.
Merietanan toksiinit
Conus magus on myrkyllinen merietana, jonka pienikokoinen ja koristeellinen kuori peittää sen tappavan neurotoksiinipaketin.
Tämän selkärangattoman kemiallisten aseiden tuotemerkki on konotoksiinit - erittäin vaihteleva myrkyllinen perhe, joka, vaikka etana käyttää niitä kalojen tappamiseen, on enemmän kuin kykenevä tappamaan ihmisen.
On olemassa satoja muita kartion etanalajeja, mukaan lukien maantieteellinen kartio. Ihmiset kutsuvat toisinaan tätä molluskkia savuketjuksi, koska envenomation jälkeen sinulla on vain tarpeeksi aikaa polttaa savuke ennen kuolemaansa.
Zikonotidi on synteettinen versio konotoksiinista, joka toimii kipulääkkeenä ja on 1000 kertaa tehokkaampi kuin morfiini. Ihmiset voivat käyttää sitä kroonisen kivun hoitoon, joka johtuu syövästä, vaiheen 3 HIV: stä ja tietyistä neurologisista häiriöistä.
Tärkeää on, kuten eräs kirjoittaja kirjoittaa, "tsikonotidin pitkäaikainen antaminen ei johda riippuvuuden tai suvaitsevaisuuden kehittymiseen".
Koska tsikonotidi toimii kuitenkin vain, jos terveydenhuollon ammattilaiset toimittavat sen suoraan selkäydinnesteeseen (intratekaalisesti), he käyttävät sitä vain, kun muut hoidot ovat epäonnistuneet tai eivät ole elinkelpoisia.
Syöpähoidot aaltojen alapuolelta
Vuosien tutkimuksesta huolimatta syöpä on edelleen osoittautumassa kovaksi pähkinäksi. Vaikka hoito on parantunut huomattavasti, tutkijat haluavat saada käsiinsä uusia bioaktiivisia kemikaaleja, jotka voivat auttaa taistelussa. Jotkut syöpätutkijat kastavat varpaitaan meressä.
Viime aikoina joukko tutkijoita tutki molekyylejä, jotka he olivat uuttaneet nippuista - leuaton, loiskala, jolla on muinainen sukutaulu. Erityisesti he olivat kiinnostuneita ns. Muuttuvista lymfosyytireseptoreista (VLR).
VLR: t kohdistuvat solunulkoiseen matriisiin (ECM), joka on solujen välillä kulkeva molekyyliverkko. ECM: llä on erilaisia rooleja kehossa. Se tarjoaa esimerkiksi rakenteellista tukea kudoksille, auttaa soluja ja kudoksia sitoutumaan toisiinsa ja auttaa solu-solu-viestinnässä.
Kun VLR: t kohdistuvat ECM: ään, tutkijat uskovat, että ne voisivat toimia lääkemulleina, jotka voivat kuljettaa kemikaaleja normaalisti läpäisemättömän veri-aivoesteen läpi ja suoraan aivoihin.
He teorioivat, että jos VLR: t voivat ohittaa veri-aivoesteen - esteen useimmille lääkkeille -, he voivat pystyä hoitamaan tiettyjä sairauksia, mukaan lukien aivosyöpä ja aivohalvaus, tehokkaammin. Heidän alustava työ hiirimallissa tuotti rohkaisevia tuloksia.
Sienien ihme
Sienet ovat erityisen kiinnostavia syöpälääkkeiden tutkijoille. Itse asiassa aihetta käsittelevän katsauksen kirjoittajat kutsuvat heitä jopa "huumeiden aarteen taloksi". He kirjoittavat:
”Merisienistä on eristetty vuosittain noin 5300 erilaista luonnontuotetta ja uusia yhdisteitä. […] Tällaisilla yhdisteillä osoittautui olevan antibakteerinen, viruslääke, sienilääke, malarialääke, kasvainvastainen, immunosuppressiivinen ja kardiovaskulaarinen aktiivisuus. "
Sieni Halichondria okadai on vastuussa yhden muistiinpanokemikaalin tuottamisesta, jonka tutkijat ovat toistaneet ja nimenneet uudelleen eribuliiniksi.
Vuonna 2010 tutkimuksessa, johon osallistui metastasoituneita rintasyöpää sairastavia naisia, yhdiste pidensi osallistujien elinikää. Tuolloin kirjailija professori Christopher Twelves huomautti, että toivottavasti "[nämä] tulokset voivat luoda eribuliinin uudeksi, tehokkaaksi hoidoksi myöhäisvaiheen metastaattista rintasyöpää sairastaville naisille".
Meribakteerit
Muut tutkijat ovat tutkineet seriniquinone-nimistä yhdistettä Serinicoccus, harvinainen meribakteerien suku. Tutkijat ovat osoittaneet, että tämä kemikaali voi selektiivisesti tuhota melanoomasyöpäsolut laboratoriossa.
Vaikka serinikinoni on kaukana valmiina käytettäväksi ihmisillä, helmikuusta 2019 tehty tutkimus vie meidät askeleen lähemmäksi. Tutkijat tunnistivat molekyylin osat, jotka tarjoavat sen syöpää torjuvan voiman.
Vaikka tarvitaan paljon enemmän kemian tekniikkaa ja laajoja kliinisiä kokeita, kirjoittajat uskovat, että "[no] nämä tutkimukset viittaavat siihen, että on mahdollista suunnitella melanoomaspesifisiä serinikinonijohdannaisia, joilla on huumeiden kaltaisia ominaisuuksia".
Yksi lääke, joka on jo suorittanut kliinisten tutkimusten haasteen ja tehnyt siitä yleisen käytön, on trabektediini, joka tunnetaan tuotenimellä Yondelis. Valmistajat saavat tämän lääkkeen uutteesta Ecteinascidia, jota kutsutaan yleisesti meriruiskuksi, joka on pussimainen meren selkärangaton.
Tutkijat tunnistivat meriruiskauutteen syöpälääkkeet ensimmäisen kerran 1960-luvun lopulla, ja perusteellisen tutkimuksen jälkeen tutkijat ovat löytäneet tavan syntetisoida ja tuottaa sitä suurempina määrinä.
Yondelis oli tämän työn tulos, ja sillä on nyt lupa hoitaa pehmytkudossarkoomaa Venäjällä, Euroopassa ja Etelä-Koreassa. Tutkijat kokeilevat sitä myös muiden syöpien, kuten eturauhasen ja rintasyövän, torjumiseksi.
Antibioottinen vastustuskyky
Antibioottiresistenssin uhka jättää harvoin lääketieteen tutkijoiden mielen kärjessä. Yhä useammat taudinaiheuttajat ovat läpäisemättömiä nykyaikaisille antibiooteille. Tämä alttiuden puute tekee niistä paljon haastavampia hoitaa ja siten huomattavasti vaarallisempia.
Tautien torjunnan ja ehkäisyn keskusten (CDC) mukaan antibioottiresistenssi on "yksi aikamme suurimmista kansanterveyshaasteista".
Etsitään uusia yhdisteitä, jotka voivat täyttää tehottomien antibioottien kasvavat aukot.
Jotkut tämän tehtävän ihmiset ovat kääntyneet mereen, ja yksi ryhmä on keskittynyt kalan limaan - eräitä lajeja peittävään kattoon.
Tämä lima työskentelee kovasti tuhoamaan patogeenit meriympäristössä, joten jotkut tutkijat pohtivat, voisiko se auttaa torjumaan myös maan taudinaiheuttajia.
Tutkijat Kalifornian osavaltion yliopistosta Fullertonista ja Oregonin osavaltion yliopistosta Corvallisista onnistuivat eristämään 47 erillistä bakteerikantaa limasta. He kasvattivat nämä bakteerit ja pelkistivät ne kemialliseksi uutteeksi.
Seuraavaksi he testasivat tämän uutteen muita taudinaiheuttajia vastaan ja havaitsivat, että viisi bakteerikantaa oli erittäin tehokkaita metisilliiniresistenttejä vastaan Staphylococcus aureus (MRSA), kun taas kolme oli tehokas Candida albicans.
He esittivät alustavat havainnot American Chemical Society Spring 2019 National Meeting & Exposition -tapahtumassa.
Toinen tutkimus, joka esitettiin Mikrobiologian rajat, tutkittu Laminaria ochroleuca, merilevälaji, joka sattuu olemaan rikas Actinobacteria-lähde.
Aktinobakteerit ovat erityisen mielenkiintoisia lääketieteellisille tutkijoille. Kuten tutkimuksen kirjoittajat selittävät, "aktinobakteereista [luonnontuotteista] ilmoitetut bioaktiivisuudet sisältävät antibakteerisia, sienilääkkeitä, kasvaimia, syöpää, tulehduksia, viruslääkkeitä, sytotoksisia ja immunosuppressiivisia vaikutuksia".
Jotkut aktinobakteeriuutteet olivat tehokkaita C. albicans ja S. aureus. Mielenkiintoista on, että vanhemman kirjoittajan tohtori Maria de Fátima Carvalhon mukaan "seitsemän uutetta esti rintasyövän ja erityisesti hermosolusyövän kasvua, mutta ei vaikuttanut ei-syöpäsoluihin".
Sienilääke
Antibioottiresistenssin rinnalla on sienilääkeresistenssin rinnakkainen ongelma: myös sieniä tappavat lääkkeet menettävät hampaitaan. Jotkut toivovat, että merisienet voivat auttaa.
Esimerkiksi tutkimus osoitti, että kemialliset uutteet Jaspis sienilajit olivat tehokkaita vastaan C. albicans hiirimallissa.
Vastaavasti tutkimuksessa havaittiin, että eurysterolit A ja B, kaksi kemikaalia suvun sienestä Euryspongia, “Osoittanut sienilääkkeiden vaikutusta amfoterisiini B -resistenttejä ja villityyppisiä [C. albicans]. ” He tappoivat myös ihmisen paksusuolikarsinoomasolut laboratoriossa.
Tutkijat löytävät valtameristä vuosittain noin 1000 uutta yhdistettä. Kuten yksi kirjoittaja selittää, heille "on usein ominaista rakenteellinen uutuus, monimutkaisuus ja monimuotoisuus".
On kuitenkin vielä hyvin vähän merestä peräisin olevia yhdisteitä, joilla on merkitystä tautien hoidossa. Miksi emme käytä enemmän näitä uusia kemikaaleja?
Kuilu kemikaalien ja klinikan välillä
Ensinnäkin, kuten minkä tahansa kokeellisen lääkkeen kohdalla, laboratoriossa olevan kasvatusastian ja potilaan välillä on suuri harppaus. Elävässä olennossa huumeet eivät aina reagoi tavalla, jota tutkijat odottavat.
Toiseksi monilla lääkkeillä on myrkyllisiä sivuvaikutuksia, jotka tekevät niistä käyttökelvottomia. Kumpikaan näistä ongelmista ei ole umpikuja, koska farmakologit ja kemistit voivat säätää molekyylejä tai suunnitella vastaavia kemikaaleja, mutta tämä kaikki vie aikaa.
Toinen merkittävä kysymys on riittävien määrien merestä peräisin olevien kemikaalien tuottaminen. Monet lajeista eivät voi selviytyä vankeudesta tai vaativat erittäin erityisiä, vaikeasti ylläpidettäviä ympäristöjä. Jälleen tämä tarkoittaa, että tutkijoiden on löydettävä tapoja jäljitellä kiinnostavia molekyylejä, mikä on pitkä ja monimutkainen polku.
Keskustellessaan näistä aiheista arvostelun kirjoittajat kirjoittavat, että "orgaanisen synteesin ja lääkekemian voiman täytyy olla kantavana". Nämä ovat teknisiä, kalliita vanteita, joista voi hypätä läpi.
Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka planeetan merillä näyttää olevan paljon lupauksia, monet mahdollisista teistä ovat pitkiä ja mutkaisia, eikä nopeita voittoja tule.
Kun ihmiset kasaavat kasvavaa painetta meriekosysteemeihin, valtamerien terveydestä huolestuminen on nousemassa kuumetta. Saattaa hyvinkin olla, että mahdolliset tulevaisuuden lääkkeet ovat kadonneet, ennen kuin tutkijoilla on mahdollisuus kerätä niitä.
