MEDICIN & DEBATT. Nanomedicin brottas idag med en inbyggd paradox. Samtidigt som nanoteknologin öppnar för att nanopartiklar ska kunna användas för att bekämpa virusinfektioner och cancer finns det studier som bland annat pekar på nanopartiklar kan innebära risk för långsiktiga skador på lungorna och orsaka inflammationer som ger upphov till cancer.
Text: Hedi Bel Habib, fil doktor i medicinsk antropologi och kvantvetenskapsteori. Har erfarenhet av forsknings- och utvecklingsarbete inom områden som ligger i gränsytan mellan det medicinska och samhällsvetenskapliga fältet. | Bild: Nanomedicin. Illustration: David Clode. Licens: Unsplash.com
Förutsatt att man löser dessa utmaningar kan nanoteknologins tillämpningar inom medicin öppna nya möjligheter för utveckling av såväl nanovaccin som nanoläkemedel. Vaccin behövs mot Covid-19 för att det inte ska sprida sig och för att det ska skydda de som inte drabbats av viruset. Samtidigt har vi de som redan smittats och ligger på sjukhuset och behöver medicinering. Den nuvarande oklarheten när det gäller immunitet kan dock försvåra utvecklingen av ett effektivt vaccin mot Covid – 19. Därför väljer denna artikel att lägga huvudfokus på vilka möjligheter som finns för nanomedicinsk forskning att ta fram ett läkemedel mot Covid-19.
Nanovaccin mot cancer och möjligtvis mot Covid 19
Det finns idag framgångsrik forskning om framtagande av nanovaccin. Forskare på Tel Avivs universitet kan ha tagit fram ett nytt sätt att förebygga och behandla melanom med hjälp av ett så kallat “nanovaccin”. Den nya metoden, som attackerar dom mest aggressiva formerna av hudcancer, har hittills visat sig vara effektiva på mös. I studier med möss har vaccinet framgångsrikt förhindrat framväxten av cancerformen och behandlat primärtumörer liksom metastaser. Man hoppas på att behandlingsformen i framtiden även ska kunna användas på andra typer av cancer.
Det är möjligt att vaccinet kan komma att fungera lika bra på människor och forskargruppen räknar med att det kan ta upp till tio år tills vaccinet finns ute på marknaden. Denna forskning öppnar dörren till ett helt nytt förhållningssätt för effektiv behandling av malignt melanom, även i de mest långtgående skeendena av sjukdomen. I centrum av det nya behandlingssättet står en nanopartikel som fungerar som en grund för det nya vaccinet .[1]
När det gäller Covid-19 kan man idag inte utesluta potentialen att kunna använda nanopartiklbaserade vacciner för att immunisera mot detta virus och andra luftvägsinfektioner även om en hel del oklarheter råder kring immunsvaret vid infektioner orsakade av Covid-19. I en artikel med titeln ”Nanoparticle-Based Vaccines Against Respiratory Viruses” ger en grupp kanadensiska forskare en översikt över hur nanopartiklar kan vara ett alternativ till konventionella vacciner.[2]
Oklart med vaccin mot Covid-19
Situationen är oklar generellt när det gäller vaccin mot Covid -19. Över hela världen arbetar nu forskare med att ta fram vaccin och läkemedel mot coronaviruset. I USA påbörjades redan kliniska studier av en vaccinkandidat mot Covid-19. Den snabba utvecklingen beror på att forskaren kunnat använda kunskap från tidigare forskning om vaccin mot sars, ett annat coronavirus som hade ett utbrott mellan 2003-2004. I en artikel i den vetenskapliga tidskriften Nature Reviews Drug Discovery framkommer det att fem vaccinkandidater nu är i ett kliniskt testskede. De testas alltså på människor.[3]
Men det är oklart om det är möjligt att få fram ett effektivt vaccin ifall att inte coronavirusinfektionen följs av en naturlig immunitet. Utan ett tillräckligt immunsvar är det svårt att hitta ett effektivt vaccin mot coronaviruset, detta är en tänkbar hypotes om man tittar på kliniska iakttagelser och få antikroppsstudier som har publicerats. Än så länge är det oklart hur länge en person är immun efter att ha fått covid-19 och sedan tillfrisknat.
Hittills har vi inte sett konklusiva bevis på exakt hur lång immuniteten fungerar. Vissa forskare bedömer att den som har antikroppar i blodet efter en covid-19-infektion har “någon form av skydd” när denne träffar på viruset en annan gång. Men skyddet tros minska gradvis under det första året. Dessutom är det oklart om antikroppar i blodet räcker för att utveckla immunitet mot att smittas igen.[4]
Det kan hända att produktion av antikroppar inte sker automatiskt vid smittan av coronaviruset och att antikroppsproduktion varierar mellan individer och att många smittade inte producerar några antikroppar alls. En studie publicerad i Journal of Virology antyder att individuell genetisk variation kan förklara skillnaderna i immunsvaret på infektioner som orsakas av viruset COVID-19. [5]
Om studiens hypotes stämmer skulle detta förklara svårigheterna att utföra och tolka antikroppstester. Det finns för närvarande för lite data att använda inom detta område. Men vi vet att det finns en koppling mellan sjukdomar där den naturliga immuniteten är svag och svårigheter att få fram ett effektivt vaccin. Ifall att den naturliga immuniteten vid COVID-19 visar sig vara ”svag” kan man inte räkna med att vaccinet blir särskilt mycket bättre.
Mer sannolikt med ett nanoläkemedel
Nanomediciner används i dag framför allt för klinisk behandling av olika former av cancer. Nanomedicin handlar om att utnyttja extremt små partiklar och material i läkemedelsutvecklingen för att utveckla effektiva bärarsystem för läkemedelsmolekyler. Läkemedelsbärarsystem är system för att forsla läkemedlet till rätt ställe i kroppen och sedan frisätta läkemedlet endast eller primärt där, så att man kan minska biverkningarna samtidigt som den terapeutiska effekten ökar.
När det gäller konventionella cancerläkemedel är det vanligt med biverkningar i samband med behandling. Detta beror till stor del på att behandlingarna inte bara påverkar tumören utan även frisk omgivande vävnad. Utvecklandet av nanomediciner kan betydligt minska bieffekterna av olika mediciner eftersom nanomediciner kan styras precis rätt och därför behövs det mindre mängd aktiv substans för att ge samma effekt som en mer traditionell medicin. Genom nanomedicinen ges möjlighet att utnyttja fysiologiska egenskaper som särskiljer sjuk från frisk vävnad. Därmed ökar sannolikheten för lyckad behandling och risken för biverkningar minskar.
Uppskattningsvis finns det i dag finns några tiotals nanomediciner på marknaden och några hundratals i kliniska prövningar, men det finns inte någon vedertagen definition på vad en nanomedicin är. Avsaknaden av en vedertagen definition på nanomediciner har också bidragit till att det inte finns standardiserade tester som nanomedicinerna ska genomgå för att komma ut på marknaden. Det har varierat lite från fall till fall vilken testväg nanomedicinerna gått, men till exempel EU, USA och Japan har redan i flera år arbetat för att komma till någon form av konsensus om vilka tester som ska göras för att få nanomedicinerna snabbare genom utvecklingsprocessen.[6]
Nanovirologisk forskning på väg att utveckla nanomediciner mot Covid-19
Varför tenderar mer komplexa virus (t.ex. HIV, AIDS-virus och SARS coronavirus) att vara mer dödliga? En hypotes är att dessa virus skiljer sig från klassiska virus med sin cellfraktalgeometri. Denna hypotes utvecklades för första gången i en artikel med titeln ”Fatalness of virus depends upon its cell fractal geometry”. Denna artikel föreslår också två möjliga nya metoder som använder nanoteknologi och temperatur för att bota eller förebygga virusinfektion.
Hypotesen: Om Covid-19 ser ut att uppföra sig som en fraktal, en nyckel till dess neutralisering kan också vara fraktal. Kanske kommer nanoteknologi att tillhandahålla alternativa lösningar som en förändring av den yttre strukturen av viruset som skulle göra det mer mottagligt för immunförstörelse i våra kroppar. Om denna hypotes stämmer då har nanoteknologin att storpotential att stoppa virusepidemier som till exempel den pågående coronapandemin.[7]
I Northeastern University i USA pågår nu ett forskningsprojekt som syftar till att ta fram en nanomedicin mot coronaviruset.[8] ”The idea of using nanoparticles is that the virus behind COVID-19 consists of a structure of a similar scale to nanoparticles”. I Frankrike pågår ett forskningsprojekt under beteckningen ”Le projet ANR NanoMERS , financierat av Agence Nationale de la Recherche (ANR).[9] Inhibition of coronavirus infections using innovative nanostructures (NanoMERS). “The main goal of the NanoMERS project is the identification of specific and efficient nanomaterials derived anti-MERS-CoV agents effectively inhibiting viral entry and their in vitro and in vivo testing”.
Projektet är ett samarbete mellan Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN, UMR 8520 CNRS) , Institut Galien Paris-Sud och Center for Infection & Immunity of Lille
Figur 1. The NanoMERS project is structured across four work packages (WPs) as illustrated in the following work plan.[10]
Den nanomedicinska paradoxen kräver mer forskning om nanoteknikens risker
Nanoteknologins tillämpning inom medicin präglas idag av en paradox. Här skulle man kunna tala om den nanomedinska paradoxen. Samtidigt som nanoteknologin öppnar för att nanopartiklar ska kunna användas för att bekämpa virusinfektioner och cancer finns det studier som pekar på ett samband mellan nanopartiklar och cancer. Nanopartiklar kan innebära risk för långsiktiga skador på lungorna och orsaka inflammationer som ger upphov till cancer. De extremt små partiklarna kan vandra vidare till andra inre organ. Det visar forskning från Danmark. Internationell forskning har också visat att om man får nanopartiklar i lungorna så ökar risken för hjärt- och kärlsjukdomar, cancer, KOL, astma och liknande sjukdomar.[11]
En förutsättning för att nanomedicin ska kunna få genomslagskraft inom virologin och andra medicinska områden är att åtgärda de kunskapsluckor som finns om nanoteknikens risker, t.ex. vad gäller nanomaterialens celltoxicitet samt deras upptag, fördelning och utsöndring i kroppen. Nanomaterialens effekter på hjärt-kärlsystemet, nanorörens eventuella likheter med asbest i fråga om hälsorisker och uppkomst av DNA-skador är andra områden som behöver undersökas närmare. Vissa nanopartiklar kan passera blod- och hjärnbarriären och vissa nanopartiklar verkar kunna gå genom huden. Man vet ännu inte vad detta innebär för människan eller vilka skador nanopartiklar kan orsaka i kroppen och i miljön. Olika typer av nanopartiklar kan vidare vara olika skadliga.[12]
På miljösidan behövs mer kunskap om nanomaterialens spridning, fördelning och omvandling i miljön, t.ex. materialens löslighet i vatten. Man behöver också utveckla metoder för att studera kemikaliers nedbrytbarhet i miljön. Det finns också en oro för att eventuella problem och risker kopplade till nanoteknik inte upptäcks förrän långt efter en exponering.
Text: Hedi Bel habib, fil doktor i medicinsk antropologi och kvantvetenskapsteori
Referenser
- Conniot, J., Scomparin, A., Peres, C. et al. Immunization with mannosylated nanovaccines and inhibition of the immune-suppressing microenvironment sensitizes melanoma to immune checkpoint modulators. Nanotechnol. 14, 891–901 (2019). https://doi.org/10.1038/s41565-019-0512-0
- Al-Halifa, S.,Gauthier, L., Arpin, D. Bourgault, S., Archambault, D. Front Immunol. 2019; 10: 22. Published online 2019 Jan 24. doi: 10.3389/fimmu.2019.00022 PMCID: PMC6353795 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6353795
- Thanh Le T, Andreadakis Z, Kumar A, et al. The COVID-19 vaccine development landscape. Nat Rev Drug Discov. 2020;19(5):305‐306. doi:10.1038/d41573-020-00073-5. https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41573-020-00073-5/d41573-020-00073-5.pdf
- Korsia-Meffre, S, Persistance et efficacité des anticorps neutralisants contre le SARS-CoV-2 : état des connaissances et leçons des autres coronavirus humains. Vidal. : 20 Avril 2020. https://www.vidal.fr/actualites/24770/persistance_et_efficacite_des_anticorps_neutralisants_contre_le_sars_cov_2_etat_des_connaissances_et_lecons_des_autres_coronavirus_humains/
- Nguyen A, David JK, Maden SK, et al. Human leukocyte antigen susceptibility map for SARS-CoV-2. American Society for Microbiology. https://jvi.asm.org/content/early/2020/04/16/JVI.00510-20
- Rosenholm, J.,Träffsäkra mediciner med nanoteknik – professor Jessica Rosenholm skapar invecklade botemedel för svåra sjukdomar. HBL 11.3.2019. https://www.hbl.fi/artikel/traffsakra-mediciner-med-nanoteknik-professor-jessica-rosenholm-skapar-invecklade-botemedel-for-sv-2/
- Ji- Huan He, Fatalness of virus depends upon its cell fractal geometry. Chaos Solitons Fractals. 2008 Dec; 38(5): 1390–1393. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7127352/
- Candanosa, RM., Northeastern University Research, Here’s how nanoparticles could help us get closer to a treatment for COVID-19. March 4 2020. https://news.northeastern.edu/2020/03/04/heres-how-nanoparticles-could-help-us-get-closer-to-a-treatment-for-covid-19/#_ga=2.63005293.35412887.1590747730-518063098.1589699707
- Szunerits, S., et.alia, Des nanomatériaux à l’étude pour lutter contre les infections à coronavirus humain : le projet ANR NanoMERS. Agence Nationale de la recherche. 11/05/2020. https://anr.fr/fr/actualites-de-lanr/details/news/des-nanomateriaux-a-letude-pour-lutter-contre-les-infections-a-coronavirus-humain-le-projet-anr-n/?tx_news_pi1%5Bcontroller%5D=News&tx_news_pi1%5Baction%5D=detail&cHash=904bd86af17bd6c1efcb727e67582cd0
- Le Centre pour la Communication Scientifique Directe, Inhibition of coronavirus infections using innovative nanostructures (NanoMERS). https://hal.inria.fr/NANOMERS
- Svenska Miljöinstitutet, Nanomaterial i arbetsmiljön. 2017. https://www.ivl.se/download/18.1369484715f59ce4bab1ae3/1513684822681/B2290.pdf
- Statens medicinsk-etiska råd. http://www.smer.se/
Referenser 2
[1] Immunization with mannosylated nanovaccines and inhibition of the immune-suppressing microenvironment sensitizes melanoma to immune checkpoint modulators. https://www.nature.com/articles/s41565-019-0512-0
[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6353795/
[3] https://www.nature.com/articles/d41573-020-00073-5
[4] https://www.vidal.fr/actualites/24770/persistance_et_efficacite_des_anticorps_neutralisants_contre_le_sars_cov_2_etat_des_connaissances_et_lecons_des_autres_coronavirus_humains/
[5] Nguyen A, David JK, Maden SK, et al. Human leukocyte antigen susceptibility map for SARS-CoV-2. American Society for Microbiology. https://jvi.asm.org/content/early/2020/04/16/JVI.00510-20
[6] https://www.hbl.fi/artikel/traffsakra-mediciner-med-nanoteknik-professor-jessica-rosenholm-skapar-invecklade-botemedel-for-sv-2/
[7] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960077908001781
[8] https://research.northeastern.edu/heres-how-nanoparticles-could-help-us-get-closer-to-a-treatment-for-covid-19/
[9] https://anr.fr/fr/actualites-de-lanr/details/news/des-nanomateriaux-a-letude-pour-lutter-contre-les-infections-a-coronavirus-humain-le-projet-anr-n/?tx_news_pi1%5Bcontroller%5D=News&tx_news_pi1%5Baction%5D=detail&cHash=904bd86af17bd6c1efcb727e67582cd0
[10] https://hal.inria.fr/NANOMERS
[11] https://www.ivl.se/download/18.1369484715f59ce4bab1ae3/1513684822681/B2290.pdf
[12] http://www.smer.se/teman/nanoteknik/