Skreddersydd medisin
Legemiddelutvikling har til nå i stor grad vært basert på kunnskap om fysiologiske og patologiske prosesser i kroppen og hvilke naturlige eller syntetiske forbindelser som griper inn i disse. Dette er en modell med prøving og feiling. Man har forsøkt seg frem med ett molekyl om gangen, men ved hjelp av vitenskapelig intuisjon, enkelte genistreker og en rimelig porsjon flaks har denne tilnærmingen gitt oss antibiotika, betablokkere, syrehemmere, ACE-hemmere, kalsiumblokkere og angiotensin II-antagonister.
Da sekvenseringen av det menneskelig genom startet, trodde man at det bestod av opp mot 150 000 gener. Man antok også at hvert gen bare kodet for ett protein. Det viste seg at vårt genom uttrykker under 30 000 gener – litt, men ikke mye mer enn det vi finner hos flue, mark og mus. Til gjengjeld koder genene for om lag 100 000 proteiner, men ikke alle disse egner seg som mål for medikamentell behandling. Noen proteiner deltar ikke kun i den patologiske prosess, de er også med i andre regulerende prosesser i kroppen. Proteinet må også ha en egnet reseptor eller bindingssted, og dette vil ofte være likt i ulike proteiner kodet fra samme genfamilie. Slik reduseres antall kandidater for medikamentell behandling, og vårt beste estimat i dag er at om lag 10 % eller 10 000 ulike proteiner egner som medikamentmål (13). Antakelig interagerer dagens medisiner med om lag 120 ulike molekylære mål – mens de 100 mest brukte legemidlene i 2001 bare virker på 43 av dem (14).
Dermed blir valideringen av de 10 000 potensielle målene for medikamentell behandling sentral i morgendagens genombaserte legemiddelutvikling. Ved hjelp av ny teknologi innen gen- og proteinanalyse fra både friskt og sykt vev og bruk av genmodifiserte forsøksdyr («knockout» og «knockin», der det aktuelle gen er henholdsvis fjernet eller lagt inn) vil vår forståelse av det molekylære mål og legemidlene som kan påvirke dem utvikle seg raskt.
Gjennom kombinatorisk kjemi vil man kunne syntetisere uante mengder ulike molekyler. Man mener i dag at det er mulig å lage mellom 1062 og 1063 forskjellige små molekyler (15). Produksjon av et så stort antall uten kunnskap om målene vil selvsagt ikke være praktisk og økonomisk mulig, og genbasert kunnskap om hvilke proteiner som er aktuelle mål er derfor nødvendig. Bruken av ett molekyl til å styre syntesen av et annet har vært kjent siden Watson & Crick beskrev strukturen av DNA i 1953, men det er først i dag denne type «click-chemistry» begynner å komme til anvendelse i produksjonen av biologisk aktive molekyler (ramme 1) (16). Ved å bruke et enzyms aktive sete til å bringe sammen de ulike biologiske byggesteinene har man kunnet fremstille inhibitorer som er flere hundre ganger mer potente enn eksisterende forbindelser. Det er imidlertid svært langt igjen før vi tar igjen naturen, som selvsagt er den ultimate kombinatoriske kjemiker – ut fra et repertoar på 20 ulike aminosyrer lager den tusenvis av katalytiske, strukturelle, immunologiske og regulatoriske proteiner, som til sammen utgjør vår cellulære eksistens.
Ramme 1
Legemidler – en av vår tids største velsignelser?
I 1945 mottok biokjemikeren Ernst Boris Chain (1906 – 79) nobelprisen i medisin eller fysiologi sammen med Alexander Fleming (1881 – 1955) og Howard Walter Florey (1898 – 1968) for oppdagelsen av penicillin. Han uttalte (16): «For min del mener jeg at legemidler er en av vår tids største velsignelser – kanskje den aller største. Jeg kunne klare meg uten alle de raske transportmidlene som den moderne teknikken i dag tilbyr. Jeg kunne leve bra uten radio eller fjernsyn, og jeg ville til og med i nødsfall klare meg uten elektrisk lys – men jeg fryser ved tanken på å få et bein amputert eller gjennomgå en blindtarmsoperasjon uten bedøvelse. Jeg ville virkelig hate å være i den situasjon vi alle var i før arsenalet av moderne hjelpemidler og vaksiner var tilgjengelig for legene; da jeg hjelpeløst kunne sett min hustru dø i barselfeber eller mine venner brytes ned av sukkersyke eller tuberkulose eller mine barn bli ødelagt på grunn av engelsk syke eller enda verre – bli lammet av polio. Når mennesker nostalgisk minnes de gode gamle dager, de viktorianske eller kanskje enda tidligere, undres jeg om de virkelig har stanset opp for å skjenke disse tingene ettertanke.»
Ved hjelp av nye molekylærbiologiske metoder er man i ferd med å skape virus som kun virker på celler som uttrykker spesielle patologiske tilstander – «viraceutika». Disse vil kunne påvirke syke celler direkte eller deponere biologisk aktive forbindelser i cellen og dermed sikre målselektivitet i sykt vev. Man kan også tenke seg at disse virusene fungerer som «nanofabrikker», som formerer seg under spesifikke forutsetninger og dermed er i stand til å produsere ønskede terapeutiske effekter ved behov. Konseptet er allerede på prøvestadiet, idet man har genetisk manipulerte bakterier som produserer nye typer antibiotika og ikke-ribosomale peptider (17). Man kan også tenke seg «nanomedisinskap», der inaktive former av medikamenter er pakket i forbindelser som bare åpnes av bestemte aminosyre- eller nukleotidsekvenser (18).