Nanokikare ser läkemedel i cellens inre

Forskare vid Chalmers och samarbetspartners inom infrastrukturen kemisk avbildning har tagit fram en metod där man på nanonivå kan se var i cellerna ett läkemedel hamnar och hur mycket av läkemedlet som behövs för optimal behandling. Tekniken gör det möjligt att utveckla nya läkemedel och skräddarsydda behandlingar för sjukdomar som inte tidigare har kunnat behandlas.

− Utan att behöva tillföra något som påverkar cellen kan vi få fram en unik precision på nanonivå. Det är inte möjligt med jämförbara metoder som används idag, säger Per Malmberg, senior forskare på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.

Läkemedelsindustrin har ett stort behov av metoder för att mäta i vilken utsträckning läkemedelsmolekyler når specifika mål i cellens inre och hur de beter sig inuti cellen. En ny metod, utvecklad av partners inom infrastrukturen kemisk avbildning och som beskrivs i ett nyligen släppt white paper, ger forskarna en tydlig bild av vad som sker i cellen när ett läkemedel testas.  Den gör det möjligt att med stor tillförlitlighet analysera och kvantifiera biologiska läkemedel, som peptider och oligonukleotider, i mänskliga celler.

Analysmetoden är baserad på instrumentet NanoSIMS (nanoscale secondary ion mass spectrometry) utvecklat av företaget Cameca, som kan mäta och avbilda molekyler i hög upplösning och som har funnits tillgängligt på infrastrukturen kemisk avbildning sedan 2015. Det är ett etablerat instrument inom forskning, men det hade aldrig använts för läkemedelsutveckling tidigare.

− Jämfört med liknande tekniker ger NanoSIMS-metoden mycket snabbare och mer exakta svar. Just nu kan ett läkemedelsprojekt få svar inom cirka fyra veckor, men det finns goda möjligheter att minska tiden ytterligare, säger Per Malmberg.

Betydelse för precisionsmedicin

Hittills har forskarna arbetat med odlade celler, men tekniken kan även användas för att undersöka vävnad. På lång sikt skulle den också kunna användas för att undersöka vad som händer i enskilda celler i ett organ där läkemedlet förväntas verka, och skulle kunna ge en nyckel till en djupare förståelse av till exempel neurodegenerativa sjukdomar, så som ALS eller Parkinsons sjukdom, och cancer.

Metoder för kvantifiering i nanoskala av läkemedelsmolekyler och deras distribution på subcellulär nivå är efterfrågade inom läkemedelsindustrin.

−Jag är oerhört glad över att vi har lyckats avbilda läkemedel i celler. Det finns många saker som kan hända med ett läkemedel när det väl kommer in i cellen, och nu när vi kan göra observationer på den här nivån för första gången kan vi få kritisk information som hjälper oss att designa läkemedel för sjukdomar som inte tidigare har kunnat behandlas, säger Michael Kurczy, forskare på AstraZeneca.

Samarbete nyckeln till nya resultat

Bakom utvecklingen står infrastrukturen kemisk avbildning med forskare på Chalmers och Göteborgs universitet tillsammans med AstraZeneca, AstraZenecas BioVentureHub och företaget Cameca. När samarbetsparternas samlade kunskap och expertis vad gäller beredning och mätning av prover kombinerades uppnåddes resultat som inte hade varit möjliga annars.

− Det är en fantastisk möjlighet för forskare, särskilt unga, att arbeta i gränssnittet mellan akademi, industri och ingenjörsvetenskap. Synergin mellan utvecklarnas insikt om branschens behov och problem, och forskarnas kompetens och idéer om hur de skulle kunna lösas, har varit avgörande för att vi ska kunna presentera nya, värdefulla verktyg som kommer att leda till en betydande förbättring av läkemedelsutvecklingsprocesser och därmed kvaliteten på människors liv, säger Thi Ngoc Nhu Phan, biträdande universitetslektor vid Göteborgs universitet.

Läs det white paper som publicerats om den nya analysmetoden

Om infrastrukturen kemisk avbildning
Kemisk avbildning är en omfattande forskningsinfrastruktur, vars primära fokus är högupplöst masspektrometrisk avbildning (MSI). Infrastrukturen erbjuder ett brett utbud av verktyg för analys inom materialvetenskap, geovetenskap och biovetenskap. Infrastrukturen tillhör institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers och institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet.

Om NanoSIMS
Det finns olika typer av masspektrometri där tekniken förfinas och kontinuerligt förbättras, vilket breddar utbudet av användningsområden. NanoSIMS, som är en utveckling av den så kallade MSI-SIMS-teknologin, möjliggör molekylär avbildning med mycket hög upplösning inuti celler och vävnader.

Fler vetenskapliga artiklar och white paper relaterade till forskningen

Becquart et al., 2022: Intracellular Absolute Quantification of Oligonucleotide Therapeutics by NanoSIMS

Thomen et al. 2020: Subcellular Mass Spectrometry Imaging and Absolute Quantitative Analysis across Organelles | ACS Nano

För mer information, vänligen kontakta: Per Malmberg, senior forskare, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola, 031 772 83 21, malmper@chalmers.se

Bildtexter:

1. Tack vare en ny metod kan forskare se tydligt vad som sker när läkemedelsmolekyler når cellens inre. Bilden visar hur ett prov, som sitter på den runda metalldisken, förs in i instrumentet nanoSIMS. Foto: Anna-Lena Lundqvist|Chalmers

2. Per Malmberg, senior forskare, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola. Foto: Chalmers