Protonfälla ger jonpumpen mer precis läkemedelsdosering

Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat en protonfälla som gör organiska elektroniska jonpumpar mer precisa i doseringen av läkemedel och bidrar till minskning av potentiella biverkningar. Jonpumparna kan på sikt hjälpa patienter med symptom av neurologiska sjukdomar som idag saknar effektiv behandling. Resultaten presenteras nu i Science Advances.

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.

– 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, LiU

Daniel Simons forskargrupp har tidigare utvecklat en organisk elektronisk jonpump med doseringsuttag på 20x20 mikrometer som ska kunna implanteras och leverera läkemedel till precis rätt ställe i nervsystemet. Förhoppningen är att jonpumpen i framtiden ska kunna användas för att upptäcka och stoppa neurologiska symptom redan innan de märks hos patienten.

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.

Nu har forskargruppen vid LiU vidareutvecklat jonpumpen. 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. Tack vare protonfällan kan jonpumpen dosera läkemedlet mer precist då spänningen på som läggs motsvarar mängden GABA som överförs i elektroforesen nästan exakt. Huvudförfattare till artikeln som nu publiceras i Science Advances är Xenofon Strakosas, förste forskningsingenjör och Maria Seitanidou, doktorand, båda på Laboratoriet för organisk elektronik.

– 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.

Forskningen är i huvudsak finansierad av Stiftelsen för strategisk forskning och Vetenskapsrådet. Ytterligare finansiering kommer via den svenska strategiska satsningen på nya funktionella material, AFM, som bedrivs vid Linköpings universitet, Önnesjöstiftelsen samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Artikeln: 
An electronic proton-trapping ion pump for selective drug delivery Xenofon Strakosas, Maria Seitanidou, Klas Tybrandt, Magnus Berggren, Daniel Simon Science Advances 2021 doi: 10.1126/sciadv.abd8738

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

Kontakt: 
Daniel Simon, biträdande professor, 011-36 34 76, daniel.simon@liu.se.