Tema

Jonpump levererar läkemedel till rätt plats i nervsystemet

Elektroniska jonpumpar kan snart vara i bruk inom neurologin, tror forskare. Små implantat som kan känna av tillstånd som epilepsi och parkinson, innan symptom uppstår. Och leverera läkemedel till precis rätt ställe i nervsystemet.

Uppskattningsvis lider cirka sex procent av världens befolkning av neurologiska sjukdomar som exempelvis epilepsi, parkinson och kronisk smärta. Med dagens behandlingsmetoder – främst piller och injektioner – hamnar läkemedlet även där det inte behövs och kan medföra biverkningar som i vissa fall även skadar patienten.

Forskare vid Linköpings universitet har tidigare utvecklat en organisk elektronisk jonpump med doseringsuttag på 20×20 mikrometer som ska kunna implanteras och leverera läkemedel till precis rätt ställe i nervsystemet.

En mikrometer är en tusendels millimeter och förkortas µm. De flesta celler i vår kropp är cirka 5 μm till 30 μm.

I stället för att svälja ett piller eller injicera en vätska som kan ta upp till 30 minuter att börja verka, kan den elektriska jonpumpen leverera ett läkemedel till ett specifikt område i din kropp med molekylär precision och inom en bråkdel av en sekund. Nu har forskarna vidareutvecklat jonpumpen med en så kallad protonfälla.

– Det finns stor potential för organiska elektroniska jonpumpar att användas för behandling och diagnos av neurologiska sjukdomar. De skulle kunna funka ungefär som dagens insulinpumpar men dosera läkemedel direkt i nervsystemet. Med den senaste upptäckten, en protonfälla, kan doseringen bli ännu mer precis, säger Daniel Simon, biträdande professor på Laboratoriet för organisk elektronik på institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet.

Utvecklad jonpump

I de tidigare försöken som gjordes på skivor av mushjärna, användes den kroppsegna signalsubstansen GABA (gammaaminosmörsyra) som verksamt läkemedel. GABA är en hämmande signalsubstans som finns naturligt i hjärnan. En ökad mängd GABA dämpar nervcellens förmåga att överföra nervimpulsen till nästa cell. På så sätt hindras ett neurologiskt anfall, exempelvis epilepsi där hjärnans nervceller är överaktiva.

När jonpumpen ska transportera GABA från behållaren med elektrolytlösning utanför kroppen till den plats i nervsystemet där den ska verka, används en svag spänning som ”pumpar” det positivt laddade GABA genom en transportkanal. Metoden kallas elektrofores. Men tillsammans med GABA följer också positiva väteprotoner från elektrolytlösningen. Det leder till oprecis dosering och sänker pH-värdet i vävnaden vilket kan leda till biverkningar.

Exaktare dosering med protonfälla

Genom att införa protonfällor längs transportkanalen kan mängden väteprotoner minskas kraftigt. Protonfällan består av ädelmetallen palladium som är särskilt reaktiv med väte och fångar därför upp de positivt laddade väteprotonerna. Med protonfällan kan jonpumpen dosera läkemedlet mer precist då spänningen som läggs på motsvarar mängden GABA som överförs i elektroforesen, nästan exakt.

– Inom några år tror jag att vi kommer se organiska bioelektroniska jonpumpar som behandling för många neurologiska sjukdomar. Protonfällan kan integreras i alla organiska bioelektroniska jonpumpar och vår upptäckt gör att praktisk tillämpning ligger mycket närmre i tiden, säger Xenofon Strakosas, förste forskningsingenjör vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet.

Jonpumpar är transportprotein som aktivt pumpar ett visst slags joner i en viss riktning över ett membran, till exempel ett cellmembran

Vetenskaplig artikel:

An electronic proton-trapping ion pump for selective drug delivery (Xenofon Strakosas, Maria Seitanidou, Klas Tybrandt, Magnus Berggren, Daniel Simon) Science Advances 2021

Kontakt:

Daniel Simon, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik på institutionen för teknik och naturvetenskap, Linköpings universitet, daniel.simon@liu.se

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Jonpump levererar läkemedel till rätt plats i nervsystemet

 lästid ~ 3 min