Elektroläkemedel nästa medicinska revolution
En medicinsk revolution i samma storleksordning som biokemin. Det är vad Glaxosmithkline ser framför sig när de nu satsar 330 miljoner kronor på en fond för bioelektronik, ett fält få läkemedelsutvecklare ens hört talas om.
Men när GSK nu på allvar ger sig in i fältet bioelektronik är det betydligt mer finkalibriga instrument de ser framför sig. Idén bygger på den medicinska hypotesen att flera stora sjukdomsfält, som smärta, immunologi och astma beror på felaktigheter i nervsignaleringen mellan det perifera nervsystemet och olika organ. Målprodukten är ett mellanting av ett läkemedel och en medicinteknisk produkt. Den är så liten att den kan opereras fast och interagera med ett antal enskilda nervceller, men i stället för att med kemi påverka cellerna ska elektriska impulser reglera cellernas aktionspotentialer. När och hur det sker kan påverkas av de inkommande nervsignalerna till dessa celler och kemin runt omkring dem som mikromaskinen först ska analysera.
- Nervsystemet kontrollerar enormt många funktioner i kroppen. Inom medicinen har vi hittills inte lyckats nyttja det här kontrollsystemet som vi vill. Med kemi och biologi kan vi styra enskilda neurotransmittorer och det är helt klart effektivt. Men vi ser här en alternativ mekanism för behandlingar. Hur brett det kan användas vet vi inte ännu, men om vi får till det rätt har det potential att bli en mycket specifik behandling, säger Kristoffer Famm på Glaxosmithklines forskningsavdelning i England.
Sedan i vintras är han chef för företagets satsning på bioelektronik. En satsning som innebär att de planerar att ge forskningsanslag till upp till 20 akademiska grupper runt om i världen och satsar 330 miljoner kronor i en fond som ska investera i bolag som utvecklar bioelektronik.
- Kemiska behandlingar slår likadant i hela kroppen, kan vi få det här att fungera kan behandlingen bli både lokal och individualiserad, säger Kristoffer Famm.
Det första bolaget som GSK investerat i, Set Point Medical i Kalifornien, utvecklar ett implantat som stimulerar vagusnerven genom elektriska impulser. Det i sin tur triggar den inflammatoriska reflexen vilket leder till en minskad aktivering av T-celler och makrofager i mjälten. Resultatet blir en minskad produktion av inflammatoriska mediatorer i kroppen och inflammationen bromsas.
Företaget presenterade förra hösten positiva resultat från sin första kliniska prövning där implantatet opererats in i patienter med reumatoid artrit. Projektet visar på den princip som GSK är ute efter, men vägen är lång till målet att specifikt kunna styra mindre och mer specifika nerver.
- Utmaningarna är många. Inom biologin har vi fortfarande rätt begränsad kunskap om vilka nervbanor som påverkar vilka sjukdomstillstånd, den kartläggningen har i princip precis börjat. Vi har heller inte full förståelse för hur mönster av aktionspotentialer i dessa nervbanor kodar för specifika effekter i de organ och sjukdomstillstånd de kontrollerar, säger Kristoffer Famm.
På tekniksidan är det frågor som miniatyrisering, det vill säga hur litet det går att göra saker, och energikällan som ännu så länge står i vägen. Till det kommer utmaningar med att få analysdelen av implantaten att fungera och att få effekten av stimuleringen att bli bestående.
- Men anledningen till att vi gör den här satsningen nu är att vi ser att det sker en enorm utveckling inom alla de här områdena. Det finns nanomaterial, det finns idéer om hur man kan använda glukos eller kroppens rörelse för att ladda batterierna och så vidare. Det som saknas är en samordning.
I december samlar GSK till ett internationellt möte med forskare som gemensamt ska komma fram till vilket av hindren som är viktigast att komma över just nu. Den forskargrupp som sedan löser det kommer att få sju miljoner kronor i pris.
- De forskare som arbetar med oss behåller IP-rättigheter och liknande, vi är mest intresserade av att knyta till oss kunnande och vara med och driva på den här utvecklingen.
De produkter som hittills finns på marknaden som använder sig av elektroniska impulser, som pacemaker och cochleaimplantat, har utvecklats av medicinteknikföretag. Att det är ett stort läkemedelsföretag som nu gör en satsning på ett högteknologiskt område är inte konstigt enligt Kristoffer Famm.
- Det här kräver samarbeten mellan många olika discipliner, men jag tror att vi som har vana av att utveckla läkemedel kan bidra med en process som är lite annorlunda. De tekniker som finns i dag har alla utvecklats med trial-and-error, vi är vana att arbeta mer utifrån att först förstå sjukdomsmekanismen och sedan utveckla behandlingen. Jag tror det kan var användbart här också.
GSK letar nu efter de 20 forskningsprojekt som ska få sponsring och efter företag att investera i.
- Vi har tre mål nu. Vi vill identifiera vilka sjukdomar som det här kan bli aktuellt för där det finns en tydlig neurologisk mekanism bakom, vi vill dyka djupare på ett par av dessa för att ytterligare förstå den neurologiska mekanismen och vi vill få fart på utveckling av interaktionsytan mellan implantaten och cellerna.
Grunden i GSK:s teori, att använda ett implantat för att modulera nervcellers aktionspotentialer, är bara ett av många spår inom bioelektroniken. På Center för nanomedicin på Karolinska institutet arbetar man i stället efter tesen att det är bättre att nyttja nervernas egen kemi. De arbetar enligt samma principer, att använda nanomaterial som via elektronik kan interagera med celler, men de vill hellre efterlikna hela nervens funktion. Med hjälp av organisk bioelektronik har de utvecklat ett material som, när det blir elektriskt stimulerat, kan transportera neurotransmittorer från en punkt till en annan.
- Den metod som GSK är inne på kan säkert lyckas, det är för tidigt att säga något annat. Men i dag har vi inte full förståelse för vad det är som gör att vissa specifika neurotransmittorer släpps fria efter att cellen stimulerats till en aktionspotential. Jag är inte säker på att man tillräckligt väl kommer att kunna styra vad som händer efter att man stimulerat en cell, säger Agneta Richter Dahlfors, professor på Center för nanomedicin på KI.
Men hon delar GSK:s syn att hela forskningsfältet just nu tar stora steg framåt.
- Vi märker ofta när vi kör fast någonstans att det går att hitta någon annan forskargrupp ute i världen som har lyckats lösa just den detaljen, det är en enorm aktivitet. Men det är en utmaning att få grupper att arbeta åt samma håll, där kan säkert initiativ från en stor spelare som GSK vara kraftigt pådrivande.
Samtidigt konstaterar hon att det finns enorma utmaningar i att skapa de samarbeten som behövs.
- Det är grundläggande saker som språk och kultur som ställer till det. Ord har olika betydelser inom de olika disciplinerna och många gånger när vi samarbetar med ingenjörer måste vi börja med att reda ut vad vi egentligen menar när vi föreslår olika lösningar på problemen.
- Sedan har vi svårt att hitta biologer som vill forska på det här, ingenjörer finns det gott om, men på den medicinska och biologiska sidan finns det fortfarande en försiktighet.
I deras eget arbete har de också dykt på andra utmaningar som Agneta Richter Dahlfors tycker att alla som verkar inom fältet måste börja arbeta med.
- Vi har märkt att det är enormt viktigt att tidigt ha en dialog med patienterna. De här behandlingarna skiljer sig från läkemedel i och med att du opererar in utrustning i kroppen som dels kanske samlar in data och dels kanske bortom din kontroll frisätter läkemedel eller liknande. Det är en helt annan etik än den vi har kring läkemedel, och den diskussionen måste in i det här forskningsfältet.
Pusselbitar som kan möjliggöra elektroläkemedel
Sjukdomsspecifika nervbanor finns specifierade, som till exempel den inflammatoriska reflexen som är styrd av vagusnerven.
Nya tekniker, som optogenetik, möjliggör analys av enskilda nervsignaler. Det finns nu elektroder som kan kopplas till enskilda nervceller. Utvecklingen av Cochlea-implantat har lett till avancerade metoder att stimulera nervsignaler. Med hjälp av nanoteknik kan man överföra energi från omgivningen till materialet utan att ha ett batteri. Neurokirurgin har utvecklats och kan nu genomföras mycket specifikt.