Zakaj znanstveniki iščejo nova zdravila v oceanu
Medtem ko si medicinski raziskovalci še naprej prizadevajo za izboljšanje zdravja ljudi, nekateri svojo pozornost usmerjajo na ocean, ker verjamejo, da bi lahko v zemeljskih morjih obstajala nova kemija, ki se bori proti boleznim.
Oceani pokrivajo več kot dve tretjini Zemlje. V pregovoru vemo o površini Lune več kot o dnu oceana.
Sposobnost morja za prehod iz temnega, eksplozivnega besa v spokojno, kristalno čisto mirnost je prestrašila in zmedla človeštvo, odkar smo prvič obiskali plažo.
Glede na obsežno, neizkoriščeno naravo zemeljskih oceanov je smiselno potopiti njihove globine v lov na nove in inovativne načine zdravljenja.
Morske živali, rastline in mikrobi so razvili edinstven portfelj kemikalij, ki se branijo in pomagajo pri komunikaciji. Znanstveniki želijo vedeti več o teh novih spojinah.
Zakaj pogled na morje?
Obstaja več razlogov, zakaj je življenje v morju razvilo poseben izbor molekul. Na primer, živali, ki so pritrjene na tla in nimajo oklopa, kot so gobice in korale, morajo najti druge načine za obrambo. V mnogih primerih so kemikalije njihovo izbrano orožje.
Poleg tega imajo morska bitja običajno razmeroma primitiven imunski sistem, nekatera pa živijo v prenatrpanih habitatih, kot so koralni grebeni, kjer se obramba opravlja s polnim delovnim časom.
Hkrati morajo organizmi v oceanu nekatere organizme pritegniti, druge pa odbiti. Razmnoževanje morajo usklajevati tudi s sinhronizacijo sproščanja jajčec in sperme v okolje. Vse te stvari zahtevajo aktivne biološke molekule.
Živali in rastline, ki prebivajo v oceanu, sedijo in plavajo v kopeli z bakterijami, glivicami in drugimi organizmi, ki jih želijo spremeniti v obrok ali dom.
Ta raznolikost groženj je prisilila evolucijo, da vodi vse bolj zapletene kemične bitke. Nekatere nastale spojine so lahko koristne za našo vojno proti boleznim.
„Razmislite o […] univerzalnem morskem kanibalizmu; vsi, katerih bitja plenijo drug drugega in vodijo večno vojno od začetka sveta. "
Herman Melville, Moby Dick
Starodavna morja
Fascinacija medicinskih raziskovalcev nad morjem ni nič novega. Prvi dokazi, da ljudje uporabljajo zdravila iz oceana, prihajajo s Kitajske leta 2953 pr. V času vladavine cesarja Fu Hsija je bil davek od dobička, pridobljenega iz zdravil, pridobljenih iz rib.
Skočil je nekaj tisoč let nazaj v petdeseta leta 20. stoletja, je organski kemik Werner Bergmann izoliral številne nukleozide iz karibske vrste gob, imenovane Cryptotethya crypta.
Te kemikalije so navdihnile ustvarjanje nove generacije zdravil, pri čemer so znanstveniki iz teh nukleozidov izpeljali dve zdravili, imenovani Ara-A in Ara-C. Zdravniki uporabljajo Ara-A za zdravljenje herpetičnih okužb in Ara-C za zdravljenje akutne mieloične levkemije in ne-Hodgkinovega limfoma.
V zadnjih letih je pridobivanje zdravil iz oceanov ponovno vzbudilo zanimanje. Spodaj je nekaj nedavnih primerov.
Toksini morskih polžev
Conus magus je strupeni morski polž, katerega manjša velikost in okrasna lupina verjamejo v svojo smrtonosno vrsto nevrotoksinov.
Znamka kemičnega orožja tega nevretenčarja so konotoksini - zelo spremenljiva družina strupov, ki čeprav polž z njimi ubija ribe, več kot zmore ubiti človeka.
Obstaja na stotine drugih vrst polžastih stožcev, vključno z geografskim stožcem. Ljudje včasih tega mehkužca imenujejo cigaretni polž, ker imate po envenomaciji dovolj časa, da pokadite cigareto, še preden umrete.
Ziconotide je sintetična različica konotoksina, ki deluje kot sredstvo za lajšanje bolečin in je 1000-krat močnejši od morfija. Ljudje ga lahko jemljejo za zdravljenje kronične bolečine, ki je posledica bolezni, kot so rak, HIV v 3. stopnji in nekatere nevrološke motnje.
Pomembno je, kot piše en avtor, da »dolgotrajno dajanje zikonotida ne vodi do zasvojenosti ali strpnosti«.
Ker pa zikonotid deluje le, če ga zdravstveni delavci dovajajo neposredno v hrbtenično tekočino (intratekalno), ga uporabljajo le, kadar druge terapije niso uspele ali niso izvedljive.
Zdravljenje raka izpod valov
Kljub dolgoletnim raziskavam se rak še vedno kaže kot trd oreh. Čeprav se je zdravljenje močno izboljšalo, si znanstveniki želijo pridobiti nove bioaktivne kemikalije, ki bi lahko pomagale v boju. Nekateri raziskovalci raka potopijo prste v ocean.
Nazadnje je skupina raziskovalcev raziskovala molekule, ki so jih izvlekli iz škampov - parazitskih rib brez čeljusti s starodavnim rodovnikom. Zanimali so jih zlasti tako imenovani variabilni receptorji za limfocite (VLR).
VLR ciljajo na zunajcelični matriks (ECM), ki je mreža molekul, ki poteka med celicami. ECM ima različne vloge v telesu. Na primer, zagotavlja strukturno podporo tkivom, pomaga celicam in tkivom, da se povežejo, in pomaga pri komunikaciji med celicami.
Ker VLR ciljajo na ECM, raziskovalci verjamejo, da bi lahko služili kot mulci za droge, ki lahko prenašajo kemikalije skozi običajno neprehodno krvno-možgansko pregrado in naravnost v možgane.
Teoretizirajo, da bodo VLR lahko učinkoviteje zdravili nekatera stanja, vključno z možganskim rakom in možgansko kapjo, če bodo lahko obšli krvno-možgansko pregrado - oviro za večino zdravil. Njihovo predhodno delo v modelu miške je prineslo spodbudne rezultate.
Čudovito spužve
Gobice so še posebej zanimive za raziskovalce zdravil proti raku. Pravzaprav jih avtorji pregleda na to temo imenujejo celo "zakladnico drog". Oni pišejo:
»Vsako leto je iz morskih gobic izoliranih približno 5300 različnih naravnih izdelkov in novih spojin. […] Izkazalo se je, da takšne spojine delujejo protibakterijsko, protivirusno, protiglivično, antimalarično, protitumorno, imunosupresivno in kardiovaskularno. "
Gobica Halichondria okadai je odgovoren za izdelavo ene notne kemikalije, ki so jo raziskovalci ponovili in preimenovali v eribulin.
V študiji iz leta 2010, v kateri so sodelovale ženske z rakom dojke, ki so metastazirale, je spojina podaljšala življenjsko dobo udeležencev. Takrat je avtor prof. Christopher Twelves ugotovil, da upajmo, da bodo [ti] rezultati lahko vzpostavili eribulin kot novo, učinkovito zdravljenje žensk z metastatskim rakom dojke v pozni fazi. "
Morske bakterije
Drugi znanstveniki so preučevali spojino, imenovano serinikinon Serinicoccus, redek rod morskih bakterij. Znanstveniki so dokazali, da lahko ta kemikalija v laboratoriju selektivno uniči rakave celice melanoma.
Čeprav je serinikinon še daleč od tega, da bi bil pripravljen za uporabo pri ljudeh, nas študija iz februarja 2019 popelje korak bližje. Znanstveniki so identificirali dele molekule, ki zagotavljajo njene moči za boj proti raku.
Čeprav bo potrebno veliko več kemijskega inženirstva in obsežnih kliničnih preskušanj, avtorji verjamejo, da "[o] verall, te študije kažejo, da je izvedljivo oblikovati derivate serinikinona, specifične za melanom, z zdravili podobnimi lastnostmi."
Eno zdravilo, ki je že začelo izvajati klinična preskušanja in ga začelo uporabljati, je trabektedin, znan pod blagovno znamko Yondelis. Proizvajalci pridobivajo to zdravilo iz ekstrakta Ekteinascidija, ki se običajno imenuje morski brizg, ki je morski vretenčar, podoben vrečki.
Raziskovalci so prvič ugotovili protirakave lastnosti izvlečka morskih brizgov konec šestdesetih let in po obsežni preiskavi so raziskovalci zdaj našli način, kako ga sintetizirati in proizvesti v večjih količinah.
Yondelis je bil rezultat tega dela in ima zdaj dovoljenje za zdravljenje sarkoma mehkih tkiv v Rusiji, Evropi in Južni Koreji. Znanstveniki ga preizkušajo tudi za uporabo proti drugim vrstam raka, vključno z rakom prostate in dojk.
Odpornost na antibiotike
Nevarnost odpornosti na antibiotike le redko pusti v ospredju mislih raziskovalcev medicine. Vse večje število patogenov postaja neprepustnih za sodobne antibiotike. Zaradi pomanjkanja občutljivosti jih je veliko težje zdraviti in zato bistveno nevarnejše.
Po navedbah Centrov za nadzor in preprečevanje bolezni (CDC) je odpornost na antibiotike "eden največjih izzivov javnega zdravja našega časa."
Iskanje novih spojin lahko zapolni naraščajoče vrzeli, ki so ostale zaradi neučinkovitih antibiotikov.
Nekateri ljudje na tej misiji so se obrnili na morje, ena skupina pa se je osredotočila na ribjo sluz - globoko prevleko, ki pokriva nekatere vrste.
Ta sluz močno deluje na uničevanje patogenov v morskem okolju, zato se nekateri znanstveniki sprašujejo, ali bi lahko pomagal tudi pri boju proti kopenskim patogenom.
Raziskovalcem s Kalifornijske državne univerze v Fullertonu in državne univerze Oregon v Corvallisu je iz sluzi uspelo izolirati 47 različnih sevov bakterij. Te bakterije so gojili in jih reducirali v kemični ekstrakt.
Nato so ta ekstrakt testirali na druge patogene in ugotovili, da je bilo pet bakterijskih sevov zelo učinkovitih proti odpornim na meticilin zlati stafilokok (MRSA), medtem ko so bili trije učinkoviti proti Candida albicans.
Svoje predhodne ugotovitve so predstavili na nacionalnem srečanju in razstavi American Chemical Society Spring 2019.
Druga študija, ki je bila predstavljena v Meje v mikrobiologiji, pregledali Laminaria ochroleuca, vrsta morskih alg, ki je po naključju bogat vir Actinobacteria.
Aktinobakterije so še posebej zanimive za medicinske raziskovalce. Kot pojasnjujejo avtorji študije, "bioaktivnost, o kateri poročajo aktinobakterijski [naravni proizvodi], vključuje protibakterijsko, protiglivično, protitumorsko, protirakavo, protivnetno, protivirusno, citotoksično in imunosupresivno dejavnost."
Nekateri aktinobakterijski izvlečki so bili učinkoviti proti C. albicans in S. aureus. Zanimivo je, da je po besedah starejše avtorice dr. Marije de Fátime Carvalho "sedem izvlečkov zaviralo rast raka dojk in zlasti živčnih celic, hkrati pa ni vplivalo na nekancerogene celice."
Protiglivična odpornost
Ob vprašanju odpornosti na antibiotike je vzporedni problem odpornosti proti glivicam: zdravila, ki ubijajo glive, izgubljajo tudi zobe. Nekateri upajo, da bi morske gobice lahko pomagale.
Na primer, raziskave so pokazale, da kemični izvlečki iz Jaspis vrste gob so bile učinkovite proti C. albicans v modelu miške.
Podobno je študija pokazala, da euristeroli A in B, dve kemikaliji iz gobice rodu Euryspongia, “Izkazali protiglivično delovanje proti amfotericinu B odpornim in divjim sevom [C. albicans]. " V laboratoriju so ubili tudi celice človeškega karcinoma debelega črevesa.
Znanstveniki vsako leto v oceanih odkrijejo približno 1000 novih spojin. Kot pojasnjuje en avtor, jih »pogosto zaznamujejo strukturna novost, zapletenost in raznolikost«.
Vendar pa je še vedno zelo malo morskih spojin, ki igrajo vlogo pri zdravljenju bolezni. Zakaj ne uporabljamo več teh novih kemikalij?
Razkorak med kemikalijami in kliniko
Prvič, tako kot pri katerem koli poskusnem zdravilu je tudi med laboratorijsko posodo in pacientom velik preskok. Pri živem bitju se zdravila ne odzovejo vedno tako, kot pričakujejo znanstveniki.
Drugič, številna zdravila imajo strupene neželene učinke, zaradi katerih so neuporabna. Nobena od teh težav ni slepa ulica, saj lahko farmakologi in kemiki prilagodijo molekule ali oblikujejo podobne kemikalije, vendar je to vse dolgotrajno.
Druga pomembna težava je ustvarjanje zadostnih količin kemikalij, pridobljenih iz morja. Mnoge vrste ne morejo preživeti ujetništva ali pa potrebujejo zelo specifična, težko vzdrževana okolja. To spet pomeni, da morajo znanstveniki najti načine za kopiranje zanimivih molekul, kar je dolga in zapletena pot.
Avtorji pregleda v zvezi s temi vprašanji pišejo, da "bo morala zaznati moč organske sinteze in zdravilne kemije." To so tehnični, dragi obroči, skozi katere lahko skočite.
Skratka, čeprav se zdi, da se v planetarnih morjih veliko obeta, so številne potencialne poti dolge in zavite in hitrih zmag ne bo.
Ko ljudje vse bolj pritiskajo na morske ekosisteme, skrb za zdravje naših oceanov narašča. Mogoče je, da potencialna zdravila prihodnosti izginjajo, še preden jih bodo znanstveniki imeli možnost pobrati.
