Systembiologi, bildteknik, nanomedicin

En ny specialitet har växt fram — bild- och funktionsmedicin — som ersatt bl a medicinsk radiologi.

Kroppen som system

Idag finns teknik för att samtidigt analysera alla människans gener. En svårighet är att tolka de väldiga datamängder som genereras när sjukdomar studeras med hjälp av dessa nya tekniker. För att göra detta krävs en tvärvetenskaplig ansats. Systembiologi bygger på samarbeten mellan bl a kliniker, genetiker, experimentella forskare, nanoteknologer, avbildningsexperter, datavetare och statistiker. Målet är att skapa ett teoretiskt ramverk för att förstå hur många olika gener orsakar sjukdom. Ett sätt är att ordna sjukdomsassocierade gener i nätverk och studera vilka gener som styr de andra. Sådana gener kan ha betydelse som diagnostiska markörer, för att individanpassa medicineringen eller för att utveckla nya mediciner.

För många cancerpatienter är skräddarsydd behandling redan en realitet. Inom den närmsta tioårsperioden kan det komma att gälla också vid andra vanliga sjukdomar. I ett nytt systembiologiskt eu-projekt, som leds från Sverige, är målet att med vanlig hösnuva som modellsjukdom nå fram till individualiserad medicinering. Kanske kommer läkare rutinmässigt att mäta ett fåtal proteiner i saliv eller blod för att direkt bestämma vilken medicin som bäst passar patienten. Samma principer kanske kan användas för att förutsäga och förebygga sjukdom. Något som skulle innebära både minskat lidande och minskade sjukvårdskostnader.

Inom läkemedelsindustrin finns ett stort intresse för systembiologi för att kunna utveckla effektivare läkemedel med färre biverkningar.

Den medicinska bilden

Den nya bildtekniken har kliniskt hittills använts mest vid hjärtkärl- sjukdomar men också vid cancer. Det är möjligt att följa hur hjärtklaffarna arbetar, studera blodflöden och tryckförändringar i kranskärlen. Hos en patient med pulsåderbråck kan man t ex visualisera hur stort trycket är i kärlväggen, få ett mått på hur stor risken är att bråcket ska spricka och behandla därefter. Vid cancer är det möjligt att visa, inte bara hur själva tumören ser ut, utan också om den är aktiv. Förändringar i tumören kan studeras ända ner på proteinnivå. Med hjälp av märkta isotoper kan man undersöka energiomsättningen i tumören och hur gener påverkas av olika läkemedelsmolekyler.

Också ultraljudstekniken har utvecklats. Det går idag att få ut mycket mer information om kroppsfunktioner. Med hjälp av ny ultraljudsteknik kan man till och med styra läkemedel direkt till en tumör.

Utvecklingen av nya avbildningstekniker har lett till nya användnings- områden. Ett sådant är virtuella obduktioner i samband med brotts- utredningar. Med hjälp av 3D-teknik kan man undersöka om offret har t ex skelettskador eller inre blödningar och om det finns främmande föremål i kroppen. Det finns ett stort intresse utomlands att etablera denna teknik då det i många länder, ofta av religiösa skäl, inte är tillåtet med obduktioner av traditionellt slag.

Den nya tekniken har också delvis förändrat anatomiundervisningen på universiteten och ökade satsningar görs att med hjälp av simulatorer träna komplicerade ingrepp.

Nanomedicin

Nanomedicin kan väntas få en rad användningsområden, inom både diagnostik och behandling. Men än så länge handlar det framför allt om forskning och utveckling. När det gäller diagnostik arbetar man på att ta fram ett nytt slags test, som enkelt känner igen olika sjukdomar. Med hjälp av ett salivprov ska testet kunna spåra sjukdomar som t ex malaria, tbc eller pneumokockinfektioner. Inom fem tio år kanske det går att köpa sådana test på apoteket.

Ett annat användningsområde är behandling av tumörer, genetiska sjukdomar och utveckling av bättre implantat. Ett av målen är att skapa små fasta partiklar med förmåga att känna igen en viss tumörtyp och som levererar läkemedlet, ett cellgift, bara i de sjuka cellerna. Ett annat mål är att skapa nanostrukturer som kan användas vid genetiska sjukdomar för att föra över friskt genetiskt material till cellkärnan.

Utöver detta studeras hur nya strukturer på nanonivå skulle kunna ge implantat med längre hållbarhet genom att fungera bättre tillsammans med kroppens vävnader.

En osäkerhetsfaktor är om nanopartiklar kan ha negativa effekter. Man vet t ex ännu inte hur olika nanopartiklar bryts ner i kroppen. Det är angeläget med toxicitetsstudier i avvaktan på att det tas fram ett regelverk för hur nanopartiklar får användas i medicinska sammanhang.

Sverige är bra på

• systembiologiska studier på celler, vävnader och organ från patienter
• prioritering av systembiologi främst inom läkemedelsindustrin
• utveckling av multidimensionell medicinsk bildteknik för bl a diagnos, behandling och studier av organfunktion ner på molekylnivå
• virtuella obduktioner
• utveckling av nanoteknik att användas vid medicinsk diagnostik och behandling

Internationella trender

• satsning på systembiologi inom både akademin och läkemedelsindustrin
• nanomedicin — toxicitetsstudier och behandlingsstudier vid vissa former av cancer
• allt snabbare datorer med ökad lagringskapacitet
• övergång till digitaliserad röntgen i allt fler länder

Inom nya forskningsområden är expertisen ofta koncentrerad till ett begränsat antal centra, vilket ökar behovet av samarbeten mellan forskargrupper i olika länder. Internationellt görs nu akademiska satsningar på systembiologiska centra, framför allt i USA och Asien. Också inom läkemedelsindustrin, bl a AstraZeneca, prioriteras systembiologisk forskning.

I USA satsas mycket också på nanomedicin. Bland annat har man där kommit långt när det gäller att distribuera cancerläkemedel ut i kroppen med hjälp av fasta nanopartiklar. Annan forskning går ut på att skapa nanostrukturer som kan användas för att reparera skador i ryggmärgen. I lyckade försök har man fått möss som tidigare var förlamade att åter röra sig och gå. En hel del satsas på toxicitetsstudier för att se om, och i så fall hur, nanopartiklar kan innebära risker för hälsan.

EU stödjer flera systembiologiska projekt, bl a ett (ComplexDis) som leds från Sverige med vanlig hösnuva som modellsjukdom. Också inom nanomedicin finns EU-stöd att hämta. Ett aktuellt projekt gäller utveckling av ett enkelt diagnostiskt test.

Den tekniska utvecklingen med snabbare datorer med kapacitet att lagra ännu större datamängder har öppnat vägen för allt mer avancerad diagnostik och behandling. En utmaning är att kunna ta hand om all den information som den nya tekniken genererar. Så innehåller fem sekunders rörliga magnetkamerabilder lika mycket information som 800 000 böcker! Globaliseringen ökar, bilder och annan information skickas mellan forskare i olika länder. Ett problem är att kunna bryta ut och överföra bara vissa utvalda delar. För att kunna göra detta smidigt behöver tekniken utvecklas vidare.

Text: Ann-Marie Dock