Gradupuintia

Moni sukulainen/tuttava on kysynyt, mitä graduni käsittelee. Vastaan tähän yleensä ympäripyöreästi, että tutkin post-traumaattista epilepsiaa eli miksi jotkut ihmiset sairastuvat epilepsiaan esimerkiksi auto-onnettomuuden jälkeen. Tätä seuraa lähes aina jatkokysymys: Mutta mitä sinä käytännössä teet siellä? Koska hätäpäissään keksitty selitys menee autuaasti ohi suurimmalta osalta, koetan nyt aukaista tekniikoita, joita käytämme. Aion oikoa mutkia roimasti, joten biokemistien on sitten turha motkottaa, etten käsitelly kaikkia molekyylikoneistoja. Kirjoitin käymieni kurssien ja tänä kesänä oppimani pohjalta, mutta siltä varalta, että lukija haluaa selvennystä, laitan tekstin sekaan linkkejä (teksti näkyy tumman punaisena), joita klikkaamalla pääsee selventävälle sivulle. Mutta, mutta, näin tämä kutakuinkin menee:

0. Lyhyt teoria

Aloitetaan biokemistien evankeliumilla:

DNA --> RNA --> proteiini

Toisin sanoen geenit koostuvat DNA:sta, joka puolestaan koostuu nukleotideiksi kutsutuista osista. Nukleotideja on neljää erilaista riippuen siitä minkälainen emäsosa niissä on. Emäkset ovat adeniini (A), tymiini (T), sytosiini (C) ja guaniini (G). Vähän niinkuin tietokoneella on 1 ja 0, geeneillä on A, T, C ja G.

Geenit määrittävät mitä me olemme, joten on meille kaikille edullista, että ne ovat turvassa solun tumassa. Koska lähes kaikki elämälle tärkeät prosessit tapahtuvat solun sisällä, mutta tuman ulkopuolella, täytyy geenien tieto jotenkin välittää tuman ulkopuolelle geenejä vaarantamatta. Tähän tulee apuun RNA. Geeni luetaan (älä kysy miten, tila ei riitä) ja sen emäsjärjestys kopioidaan RNA:han. Tämä niin kutsuttu viesti-RNA kuljetetaan tumasta ulos edelleen käytettäväksi. Tuman ulkopuolella viesti-RNA luetaan (tyydy tähän, muista tilanpuute) ja sen emäsjärjestyksen mukaan rakennetaan proteiini siten, että erityinen molekyylikoneisto tulkitsee järjestyksessä kolme ensimmäistä emästä vastaamaan yhtä aminohappoa, seuraavat kolme jotain toista ja näistä rakennetaan pitkä aminohappoketju, eli proteiini.

Tähän väliin huomautan, että ihmisen DNA on kaksijuosteinen. Tämä tarkoittaa, että kaksi pitkää DNA molekyyliä muodostaa tikkaita muistuttavan mallin, jossa kaksi emästä muodostaa tikkaan puolat siten että A ja T ovat aina vierekkäin, samoin C ja G. Tämä rakenne on huomattavasti pysyvämpi kuin yksinäinen juoste. Samalla myös voidaan säädellä geenien käyttöä, sillä lähetti-RNA:n muodostamista varten rakenne on aukaistava (tikkaat "halkaistaan" osittain). Solu osaa säädellä kaksoisrakenteen aukaisua tarpeen mukaan ja tarpeetomat kohdat ovat suljettuina, jotta vältytään virheiltä.

Sitten hypätäänkin lukiotasolta yliopistoon. Kaikki DNA ei johdakaan proteiinin rakentamiseen. Geenien sisään ja niiden väliseen tilaa oon koodattu myös pieniä pätkiä, jotka käännetään kyllä RNA:ksi, mutta ei proteiiniksi. Muutaman välivaiheen jälkeen niistä muodostetaan mikroRNA:ta (miRNA), eli noin 20 nukleotidia pitkiä ketjuja. Näiden molekyylien tehtävänä on toimia säätelijöinä. miRNA sitoutuu tiettyyn lähetti-RNA:han estäen proteiinin tuottamisen.

Miksi tämä on niin mielenkiintoista? Useiden sairauksien yhteydessä on huomattu, että potilaiden elimien miRNA tasot poikkeavat normaalista. Näiden muutosten takana on osittain elimistön yritys korjata tilannetta, mutta toisaalta osa saattaa aiheuttaa taudin oireita. Jos siis saamme selville mitkä miRNA:t aiheuttavat sairastumisen, voimme yrittää estää niiden toiminnan ja parantaa siten sairauden.

1. RNA eristys

Kyllä, me käytämme koe-eläimiä. Aivotutkimuksessa käytetään paljon rottia ja hiiriä. Minun käyttämäni näytteet ovat rotista. Halukkaat saavat  rauhassa pahoittaa mielensä, kerron oman mielipiteeni jossain tulevassa avautumispostauksessa.

Kudos X suljetaan koeputkeen ja solut hajotetaan liuottamalla ja ravistelemalla, jolloin niiden sisältö vapautuu nesteeseen. Käytän eristykseen hivenen muokattua kloroformiuuttoa. Perusidea on, että näytteeseen lisätään kloroformia, ravistellaan ja erotetaan sentrifuugilla (kone pyörittää näytettä ja eri nesteet kerrostuvat tiheytensä perusteella). Tässä tapauksessa erottuu kolme kerrosta: ylimpänä on vesifaasi, johon vesilliukoinen DNA ja RNA jää. Keskellä on valkoisena saostumana proteiinit ja alimpana kloroformi ja kaikki loput solun ainesosat. Tästä on helppo vakaalla kädellä pipetoida ylin kerros toiseen putkeen. Tästä eteenpäin käytän ns. valmiskittiä. Toisin sanoen tietyt yritykset myyvät välineitä mm RNA:n eristykseen. Nämä välineet ovat yleensä tehokkaampia kuin perinteinen eristys ja lopputulos on puhtaampi. En halua kummemmin mainostaa mitään tuotetta, joten kerron yleisperiaateena, että RNA:ta puhdistetaan etanolilla ja sentrifugoidaan pienen siivilän avulla niin että lopputuloksena on puhdasta RNA:ta. 

2. cDNA synteesi

Seuraavaksi RNA käännetään DNA:ksi. Miksikö? Koska seuraavat tekniikat sitä vaativat ja samalla saamme eroteltua halutun miRNA.n erilleen. Käytännössä tämä tapahtuu sekoittamalla keskenään osan näytettä, alukkeita, satunnaisia nukleotideja ja erityisiä entsyymejä. Tämä seos laitetaan PCR-laitteeseen. PCR-laite on vähän niinkuin ajastimella toimiva munankeitin; laite osaa lämmittää ja jäähdyttää näytettä halutuin aikavälein. Tämä on olennaista, sillä eri lämpötiloilla säädellään synteesin eri vaiheiden kulkua. Lämpötilat ja aikavälit vaihtelevat riippuen käytettävistä kemikaaleista ja alukkeiden valmistajan ohjeista. Karkeasti voi sanoa, että lämpötilan nosto aukaisee juosteen, lasku auttaa liittämään ne yhteen.

Ensimmäiseksi kaksoisjuoste aukaistaan ja alukkeet kiinnitetään. Aluke on pieni pätkä DNA:ta, joka kiinnittyy tiettyyn, vastaavaan kohtaan RNA:ta. Alukkeita on kaksi ja ne rajaavat halutun osan molekyylistä. Tässä tapauksessa ne kiinnittyvät halutun mikroRNA.n molempiin päihin.

Käänteiskopioijaentsyymii tunnistaa alukkeet ja alkaa rakentaa miRNA:lle paria, aivan kuten DNA:ssa. Lopputuloksena on kaksi yhteenkiinnittynyttä molekyyliä, joista  toinen on haluttu puolisko miRNA:sta käännettynä DNA:ksi

3. qPCR

qPCR eli quantitative PCR eli "määrällinen" PCR mittaa molekyylien määrää. Tätä voi käyttää esimerkiksi sairaan ja normaalin kudoksen erojen selvittämiseen. Laite monistaa uudelleen DNA:ta uusilla alukkeilla. Tällä kertaa kone mukana on fluoresoivaa väriainetta. Jokaisella "kierroksella", kun syntyy uusia DNA-molekyylejä, fluoresenssin määrä muuttuu ja kone rekisteröi muutoksen. Ajamalla ensin standardisuoran, johon laittaa tietystä määrästä DNA:ta tehdyn laimennossarjan, voidaan päätellä tuntemattoman näytteen konsentraation.

4. Tulosten analysointi, reaktioreitit, tilastolliset testit

Tässähän pitää tietää, ettei mikään elämässä ole yksinkertaista. Pätee myös biokemiassa. Yksi ainoa mikroRNA saattaa vaikuttaa satoihin proteiineihin. Jotta saisin selville mihin tällä hetkellä tutkittavana oleva molekyyli vaikuttaa, täytyy minun saada käsiini valtava määrä tietoa kyseisen miRNA:n kanssa yhtä aikaa ilmestyvistä geeneistä, eri reaktioreiteistä, taudeista, jotka saattaisivat liittyä tähän ynnä muuta ynnä muuta.  Lisäksi tietenkin saatujen tulosten täytyy olla tilastollisesti merkittäviä ennen kuin niistä voi vetää johtopäätöksiä. Yleisimmin käytettyjä tilastollisia testejä on Studentin t-testi.

Tiede onkin yhä enenemässä määrin tilastotiedettä ja tietokoneanalyysejä. Lisäksi on olemassa useita tietokantoja, joihin syötetään tutkimustuloksia kaikkien nähtäväksi ja käytettäväksi. Olen vielä jumissa edellisessä vaiheessa, mutta eiköhän tästäkin asiasta tule kirjoitettua seuraavien kuukausien aikana.

Huh-huh, kylläpäs tämä venähti. Tästä lähtien ohjaan kaikki utelijat lukemaan tätä blogia. Pitäisiköhän painattaa käyntikortteja, jossa on blogin osoite?

-Ninni

PROfessionals

Kaikki tämän blogin vakiokirjoittajat ovat tai ovat olleet tai pienryhmäohjaajia (lyhennettynä PROt eli siis parhaat). Pienryhmäohjaaja on juurikin se hämärä tyyppi, joka ohjaa pienet fuksit (= yliopiston ekaluokkalaiset) sisään yliopisto-opiskelun saloihin eli vastaa vaikkapa kysymyksiin "missä on opintotoimisto?", "miten ilmoittaudun kursseille?" tai "voiko ruokaillessa ottaa enemmän kuin yhden palan leipää?". 
        Tässä hommassa on havaittavissa myös tietty jatkumo (you'll see). Memmun ehdotuksesta (kiitos!) sitten päätettin kasata tälläinen yhteisteksti, jossa jokainen muistelee/pohtii omaa PRO-aikaansa.

Krista

Tässähän täytyy nyt tietää, että olen ollut PRO:na kaksi peräkkäistä vuotta ja senkin jälkeen vielä vara-PROna. "Ammattitaito" on siis rautaisa (tai ainakin kuparinen) ja kokemusta sekä mielipiteitä on yli oman tarpeen ja muiden sietokyvyn. Myös tämä teksti on pitkä kuin linnanjuhlien kutsuvierasluettelo.

Ninni on päässyt näkemään minut silloin kun olin vielä aloitteleva PRO. Sisäisesti etsin vielä toimivaa ohjaustapaa, mutta yritin kyllä vakuuttaa pienille fukseille olevani kaikkivoipa ja -tietävä kansalliseepos, jolta saa kysyä niitä kuuluisia typeriä kysymyksiäkin. En tiedä kuinka onnistuin, mutta hyvää palautetta sain eikä kovin moni fuksi ainakaan jäänyt pois kyydistä (Yhtä lukuunottamatta. Kuulemma pienryhmäohjausta ei kannattanut hänen mielestään käydä, koska siitä ei saa tarpeeksi opintopisteitä... Hei haloo, olisikohan siinä PRO:ssa jokin muu tärkeämpää kuin nopat? Vieläkin puistattaa koko muisto...).

Muutamien yksittäisten muistojen lisäksi ekasta PRO-vuosikerrastani muistan parhaiten pienryhmäni koon - 12 henkeä! Ihan älytön määrä ihmisiä ohjattavaksi, nimiä opeteltavaksi jne. Ja minä sain vielä porukan molemmat ja ainoat Niinat (opin muistamaan teidän sukunimet oikein päin vasta hallitusvuonna, anteeksi vaan). Katkeruus maksimus. No ei, mukavan haastavaa, mutta silti palkitsevaa oli. All in all, sen verran hyvä mieli jäi, että lähdin mukaan myös tulevana vuonna.

Seuraava vuosi menikin sitten jo vahvalla rutiinilla, varsinkin ku ryhmän koko oli tippunut puoleen - vain vaivaiset 6 henkeä. Jotenkin koin pienemmän ryhmäkoon paremmaksi, jopa intiimimmäksi, vaikka edellisenä vuonna saatiinkin enemmän kysymyksiä ja parempaa keskustelua aikaan useamman ihmisen voimin (vai olinko vain kehittynyt PRO:na ja osasin vastata kysymyksiin ennenkuin niitä edes esitettiin?). Tämän vuoden ihmemuisto: Muistan kun yksi fuksipalleroisistani kysyi harrastanko jotain urheilua ku on tuollaiset habat. Häh, joku huomas, että minussa on jotain lihastakin?! Jee!

VaraPRO-vuosi on helppo kiteyttää näin: Tehkää niinkuin minä sanon, eikä niinkuin minä tein. Pari kertaa pääsin myös ohjaamaankin, eli kai minusta jotain käytännön hyötyäkin sitten oli.

Yleisesti ottaen suosittelen PRO:ksi lähtemistä. Aivan kultaisen kokemuksen lisäksi ko. hommastahan saa pientä korvausta, mikä ei sekään mene hukkaan nykyisellä opintotuella. Lisäksi esiintymiskokemusta karttuu, oppii tuntemaan uudet uhr...fuksit ekana ja oppii organisoimaan (sekä aikatauluja että ohjauskertoja).

Ninni

Tänä syksynä pyörähti käyntiin viides opiskeluvuosi, joten muistot ensimmäisestä vuodesta alkavat vähän hämärtyä. Muistan, että pienryhmässäni oli paljon ihmisiä, joista yhdellä oli sama nimi kuin minulla, yhdestä en kuullut ensimäisen päivän jälkeen mitään ja yksi oli diplomi-insinööri. Nolottaa vähän, mutta muiden henkilöllisyydet piti tarkistaa "luokkakuvastamme". Pienryhmänohjaaja jäi huomattavasti paremmin mieleen.

Minulla kävi tuuri saadessani pienryhmänohjaajakseni Kristan. Ei sillä, muutkin ohjaajat olivat hyviä, mutta Krista on hyvin samanhenkinen kuin itse olen. Elävimmin jäi mieleen hehkutus karpaloista ja viimeisellä ohjauskerralla tarjoiltu chilisuklaakakku. Ja kuten yläpuolen ja alapuolen kirjoittajat, minäkin toimin myöhemmin ohjaajana.. Herran vuonna 2012 sain ohjattavakseni kuusi pelokasta fuksia, joista (ylläripylläri) yksi oli Henna. Henna erottui muista, koska tulevan järjestöaktiivin haistaa jo kaukaa.

Päätin hakea ohjaajaksi vähän ex tempore, mutta ratkaisu tuntui heti oikealta. Olen lähtöisin isosta perheestä, joten useamman ihmisen kaitseminen/huomioonottaminen yhtä aikaa ei tuntunut erityisen hankalalta. Ohjauksen ohjenuorana käytin kahta periaatetta: 1. Jos en osaa jotain, sanon sen suoraan, 2. Oletusarvoisesti kaikki biokemistit ovat maailman parhaita ihmisiä. Toimin seuraavana vuonna varaohjaajana, mutta eipä minua paljoa silloin tarvittu (Hyvä pojat!).

Kummastakaan pienryhmästä ei tullut erillista, yhtenäistä porukkaa, varmaankin koska sellainen eriytyminen vähän sotii Histonin yleistä henkeä vastaan. Miksi nysvätä pienessä ryhmässä, kun voi pitää hauskaa koko killan voimin? Vasta muutettuani pois Oulusta olen tajunnut, kuinka valtavan kaveripiirin biokemistit muodostivatkaan. Aina oli joku lähdössä seuraksi syömään, aina oli joku soittamassa huonoa musiikkia kilttiksellä. Eikä koskaan ollut niin tökeröä keskustelunavausta, etteikö joku siihen olisi tarttunut. Sinä pieni fuksi siellä: nauti fuksiudesta. Olet kaikkien mielestä uusi ja jännä, joten nyt on helpointa tutustua myös vanhempiin opiskelijoihin.

 

Henna

Kävi nyt sitten niin, että minustakin tuli PRO. Vielä alkukeväästä ajattelin, etten nyt ota mitään extrahommaa ja huolehdin vain näistä velvollisuuksista, jotka olen jo haalinut itselleni, mutta toisin kävi. Olen toiminut fuksien kaitsijana nyt vasta pari viikkoa, joten osaan antaa ainoastaan ensivaikutelmat siitä, millaista tämä on ollut.

Kun olin itse Ninnin fuksipienokainen (ja Kristan varapienokainen), kaikki näytti ainakin fuksin silmissä sujuvan helpommin. Olimme pieni ryhmä, vain 6 fuksia. Oli tosi matala kynnys kysyä asioista. Varsinkin ensimmäisenä opiskeluvuonna pienryhmäohjaajat oli mulle jonkinlaisia esikuvia, Niinassa ja muissakin pienryhmäohjaajissa on paljon asioita, joita ihailen edelleen ja tuntuu nyt tosi omituiselta olla (ehkä) samassa asemassa jollekin toiselle. En oikeastaan hirveästi muista PRO-kerroista mitään. Lähinnä sen, että ne olivat tosi sujuvia. En tajua, miten Ninni onnistui vetämään kaiken niin hyvin.

Olin tavallaan ajatellut vielä itseäni vähän fuksina. En jotenkin voi uskoa, että tämä on jo kolmas opiskeluvuosi. Kuvittelin, että en ainakaan käyttäisi pienryhmäohjauksessa sellaista sanastoa, mitä uudet opiskelijat ei ymmärrä, mutta heti ensimmäisenä päivänä aloin puhumaan prujuista, selittämättä ensin mitä ne ovat. Tajusin onneksi kysyä, että olinko selittänyt sitä sanaa. Asiat ei muutenkaan ole sujuneet ehkä ihan niin jouhevasti kuin etukäteen kuvittelin. Ajattelin, että 11 opiskelijaa ei paljoa eroa 6:sta, mutta se viisi lisää on aika paljon. Joudun ihan tosissani miettimään mihin 12 ihmistä mahtuu, niin että keskustelu kaikkien välillä on mahdollista. Ohjaamista vaikeuttaa myös se, että omat luentoni ovat toisella puolen Oulua kuin fuksien. Tähän mennessä ohjauskertani ovat ehkä vähän enemmän minun luennointiani kuin mitä toivoisin. Ongelma tässä tyylissä on myös se, että kärsin ehkä hienoisesta esiintymiskammosta. Korvaan tämän opetuksen mahdollisen sekavuuden sillä, että lähettelen fukseille romaanin mittaisia maileja, jossa kertaan asiat.

Yllättäen minun fuksini eivät ole ollenkaan niin pelokkaan oloisia kuin minun pienryhmäni silloin parin vuoden takaa. Ainakin ne vaikuttavat paljon rohkeammilta kuin mitä itse olin (tai sitten vain peittävät hermostuneisuuden hyvin). Toivon kovasti, että olen tälle jalolle fuksivuosikerralle helposti lähestyttävä hahmo, jolta saa aina tulla kysymään, vaikka minua ei näekkään joka päivä.

Tässä ja tulevissa lukuvuosissa minua huolestuttaa se pysyvätkö Histonit edelleen yhtä tiiviinä porukkana. Yritän tehdä parhaani, että fuksit tutustuisivat myös vanhempiin opiskelijoihin eri kampuksilla olosta huolimatta, mutta saa nähdä miten käy. Tällä hetkellä näyttää vielä ihan hyvältä, mutta toisaalta en ole oikein päässyt näkemän pikkuisiani ohjauskertojen ulkopuolella, joten paha sanoa mitään. Ainakin olen saannut ne innostettua mukaan syksyn ekoihin tapahtumiin.

Vieraskynä: Biochemistry makes my life Fluky!!!

The human body has always intrigued me, its diverse mechanisms providing complex antibodies that recognize foreign organisms such as viruses and bacteria. It's these organisms that are working every day and every night to maintain and sustain the way of life we so frequently take for granted. Its adaptation to this harsh world is quite extraordinary. With the correct medical influence our body may one day be impenetrable to disease. The body still holds many secrets yet to be discovered, which motivates most of the biochemists to study this field. 

When students start studying biochemistry their expectations are so high (at least I had) and so outcomes frustrate the people. What I found after entering to the biochemistry world is, you always have to do struggle throughout your life. Well, being a biochemist, we should raise hands for biochemistry. During work, sometimes weird hypothesis work, that’s why people say science is crazy but I say, biochemistry is nutty as a fruitcake. Once, I have faced a similar situation where the unknown hypothesis (for me) surprised me. I used to get just 1% of my protein of interest after long struggle of purification steps; even protein expression was more than enough. Really, it was a frustrating moment, when I saw 99% of the sample was some other protein. Using most of the available techniques to succeed in this epic was useless - it just consumed all of my time and left couple of weeks to the deadline. After putting little drop of some solution (LDAO, about which I did not have an idea), I just obtained the exactly reverse profile, where more than 99% of the sample was my protein and just a couple of weeks were actually enough to do other experiments which I had designed before. So, I found out, it is nothing to do with the purification; it’s just selection of good partners, where protein can be more stable. 

 

                                                  Bacteria Loves to be in this Juicy world.

 

As soon as I got frustrated, I used to get some good surprises, which really makes the way little Fluky. And, of course Oulu provides this grand opportunity to me in the globalization context. Thanks to Oulu and the university.

Vieraskynä: Varmanisti puhuu

Heipä hei, te kaikki!

Olen Johanna, vierailija. 5. vuosi proviisoriopintoja Kuopiossa starttailee pikku hiljaa. Pääaineeni on lääkeainetoksikologia, joka sijaitsee jossain siellä farmakologian ja toksikologian välimaastossa, keskittyen enemmän lääkkeiden ym. aineiden haitallisiin kuin hyödyllisiin vaikutuksiin.

Kirjoitan tänne, koska aloitin yliopisto-opinnot alun perin Oulussa biokemialla. Opiskelin siellä vain vuoden, mutta muistelen sitä vuotta ja kaikkia huippuja ihmisiä todellakin lämmöllä. Pyörin edelleen Oulun biokemistien irc-kanavalla, jossa blogin vakinaamat eräänä synkkänä ja myrskyisenä päivänä mainostivat uutta blogia. Kun vastaan kävelee mahdollisuus jollain tavalla popularisoida tiedettä, vaikkapa kirjoittamalla blogia, niin mielelläni tartun siihen! Tungin siis itseni tänne (pyysin kai nätisti). Kirjoittelen mielelläni myöhemminkin, jos jotain kiinnostavaa tulee eteen.

Farmasiaa ei tosiaan yleensä mielletä kovin tieteelliseksi alaksi, koska ensimmäisenä mieleen pomppaa apteekin ”myyjät” ja muuten farmasistit ovatkin melko näkymättömiä. Totisesti farmaseuteista about 80 % työskentelee avoapteekeissa ja proviisoreistakin varmaan vähintään yhtä moni, mutta meitä ja heitä on myös tutkijoina monenmoisilla sektoreilla yliopistolla ja julkisella puolella, töissä lääketeollisuudessa ja -kehityksessä, asiantuntijoina erilaisissa virastoissa Fimeasta Euroopan kemikaali- ja lääkevirastoihin ja sitä rataa. Osittain työpaikat siis menevät päällekkäin biokemistien työpaikkojen kanssa. Jossain siis törmätään, ehkä!

Lupasin kirjoittaa lääkekehityksestä. Tein farmaseutin lopputyöni (kandin) lääkekehityksen alkupäästä eli siitä, kuinka uusia potentiaalisia lääkemolekyylejä etsitään ja millainen prosessi sellaisen saaminen markkinoille on (pitkä ja kallis!). Nyt, vuosi maisterivaiheen aloittamisen jälkeen, ymmärrän siitä vähän enemmän kuin kandia raapustellessani, vaikkei se varsinaisesti ydinosaamistani olekaan. Yritän tarjota yleiskuvan menemättä liiallisiin yksityiskohtiin. "Liialliset yksityiskohdat" on tietty vähän kiistanalainen ilmaus. :P 

Noh. Miksi se proteiinitutkimus ja fysiologian tuntemus on tärkeää? Tässä kohtaa farmasia, biokemia, lääketiede, synteesikemia yms. kohtaavat. Lääkekehityksessä ja ylipäänsä lääkkeiden vaikutuksista puhuessa pitää ymmärtää ihmisen fysiologiaa, solujen toimintaa ja aineenvaihduntaa, reseptorien/proteiinien toimintaa ja (perus)kemiaa. Ja rahaa.

Esimerkki lääkkeen vaikutuskohteen etsimisestä

Uuden lääkkeen kehitykseen tähdättäessä täytyy tuntea sairaus tai tila, johon halutaan vaikuttaa, melko tarkasti. Toimikoon esimerkkinä vaikka veren liiallinen hyytymistaipumus, mikä altistaa erilaisille infarkteille ja siten äkkikuolemalle tai vammautumiselle.

Veren hyytymiseen liittyvät signalointi- ja aineenvaihduntareitit tunnetaan jo kohtalaisen hyvin (näin ei ole läheskään kaikkien sairauksien kohdalla) ja veren hyytymistä estämään käytetään useita lääkkeitä, usein yhdistelmänä. Kuva verihyytymään johtavasta signalointireitistä (Farmakologia ja toksikologia -kirjan veren hyytymiseen vaikuttavien lääkeaineiden kappaleesta):

Kun ajatellaan kuvan signalointireittiä potentiaalisen lääkevaikutuskohteen kannalta, niitä löytyy monia. "Liukenematon fibriini" on sitä tavaraa, mihin verihiutaleet, punasolut sun muut takertuvat kiinni, muodostaen verihyytymän. Kun estetään fibriinin muodostumista jossain vaiheessa tuota signaalikaskadia, saadaan estettyä hyytymän muodostuminen ainakin fibriinin osalta.

Tällä hetkellä on olemassa useita veren hyytymisprosessiin vaikuttavia lääkeaineita. Varfariini (kauppanimeltä Marevan) estää K-vitamiinin aineenvaihduntaa maksassa, mikä estää hyytymistekijöiden II, VII, IX ja X normaalin aktivoitumisen, mikä taas estää verihyytymän muodostumisen. Erilaisilla hepariineilla (esim. Klexane) estetään jo aktivoituneiden hyytymistekijöiden toimintaa. Aspiriini ja muut tulehduskipulääkkeet taas estävät trombosyyttien eli verihiutaleiden sitoutumista toisiinsa vaikuttamalla niiden sisäisiin signalointireitteihin – ja taas veren hyytyminen vähenee. Kaikille on yhteistä tarkka annostelu, koska liian pienestä annoksesta ei ole hyötyä ja liian suuret annokset tai erilaiset yhteisvaikutukset voivat olla hengenvaarallisia.

Mahdollisia vaikutuskohteita on siis monia – pitäisi vain löytää annos, lääke ja annostelumuoto, jolla saavutetaan eniten hyötyjä ja vähiten haittoja. ”Verenohennuslääkkeethän” ovat tunnetusti melko riskaabeleita ja aiheuttavat sisäisiä verenvuotoja ja jopa kuolemia, muiden lääkkeiden riskeistä ja yhteisvaikutuksista puhumattakaan.

Lisäksi, kun ajatellaan lääkkeen myyntiin pääsemistä, täytyy huomioida muun muassa lääkkeen hinta, paremmuus verrattuna jo olemassa oleviin lääkkeisiin, käyttömyöntyvyys (suun kautta otettava tabletti on mukavampi kuin ihon läpi pistettävä piikki, pieni tabletti mukavampi kuin suuri, lääke on mukavampi ottaa harvoin kuin usein…) jne. Melkoinen suo on siis rämmittävänä, jotta saadaan aikaiseksi käyttökelpoinen lääke.

Lääkkeen vaikutuskohteen valinta ja sopivan molekyylin etsiminen

Yleistäen voidaan sanoa, että jos signalointireitti on tarpeellinen ja sairaudesta johtuen siinä on vikaa, sen toiminta pyritään palauttamaan. Kääntäen: jos kyseessä on haitallinen reitti, kuten vaikka jo mainittu liiallinen veren hyytyminen, sitä pyritään estämään. Sitten mietitään, mihin kohtaan tätä reittiä olisi hyvä vaikuttaa (kuten veren hyytymisessä) ja miten saataisiin vaikutettua mahdollisimman tarkasti ainoastaan tiettyyn kohteeseen ilman sivuvaikutuksia (tämä harvoin onnistuu). Solujen toiminta on monimutkaista ja usein samoja proteiineja käytetään useisiin eri tarkoituksissa solun tai elimen sisällä. Jos yksi osa poistetaan, voi pahimmillaan käydä niin kuin ekosysteemissä: avainlajin kuolema voi johtaa koko ekosysteemin häviämiseen tai radikaaliin muutokseen. Siksi lääkkeen vaikutuskohteen oikea valinta on tärkeää, vaikka tuo esimerkki olikin ehkä hieman turhan dramaattinen.

Vaikutuskohdetta miettiessä on hyvä tutkia tai tietää ennestään, millaiset aineet ns. luonnollisesti sitoutuvat reseptoriin (proteiiniin), joka on valittu vaikutuskohteeksi. Lääkeaineella pyritään yleensä matkimaan tätä luonnollista ainetta mahdollisesti niin, että se sitoutuu kohteeseen hanakammin tai ainakin yhtä hanakasti kuin luonnollinen aine. Sillä voidaan esimerkiksi korvata luonnollisen aineen puutetta (kuten kilpirauhasen vajaatoiminnnassa, kun korvataan puuttuvaa tyroksiinihormonia) tai sitten hillitä liian aktiivista toimintaa tekemällä reseptorista toimintakyvytön, jolloin luonnollinen aine ei saa aikaan vaikutusta. Lääkkeillä voidaan vaikuttaa myös epäsuorasti geenienluentaan, jolloin koko reseptoria tai proteiinia ei välttämättä tuoteta solussa lainkaan. :O

Näitä kemiallisten aineiden ja reseptorien vuorovaikutussuhteita tutkitaan hyvin paljon tietokonella  in silico mallintamalla (”docking”, telakointi), koska se on halvempaa kuin valmistaa laboratoriossa erikseen joka ikinen molekyyli ja tutkia käsin niiden sitoutumista kohteeseensa. Mallinnuksella voidaan seuloa satojen tuhansien molekyylien kirjastoista vaikkapa joitain kymmeniä lupaavia lead-molekyylejä, joita sitten oikeasti valmistetaan laboratoriossa ja testataan niiden sitoutumista ja kulkeutumista kohteeseensa – aluksi koeputkessa pelkän reseptorin läsnäollessa taikka soluviljelmässä (”in vitro”) ja lopulta eläimissä ja, jos eläinkokeet onnistuvat, ihmisissä (”in vivo”). Lääkeaineelle pitää tietysti kehittää myös sopivia apuaineita ja annostelumuotoja, mutta ne ovat lääkekehityksen myöhempiä vaiheita. Tässä kuva telakoituneesta molekyylistä (http://taxane.chem.unb.ca/GD/research/img/fig7.jpg):

Mitäs sitten?

Kaiken kaikkiaan nykyään vähemmän kuin 1 kymmenestä testatusta lääkkeestä pääsee markkinoille saakka. Yleensä lääke-ehdokkaat hylätään huonojen fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi eli esimerkiksi testattu valmiste liukenee huonosti, ei kulkeudu riittävässä määrin vaikutuskohteeseensa, poistuu liian hitaasti tai nopeasti elimistöstä, sillä on liian kapea terapeuttinen ikkuna (sopivan ja myrkyllisen annoksen välinen alue on lyhyt) tai se muuttuu elimistössä myrkylliseksi tai on myrkyllinen. Kuten eräs väikkäriä tekevä tuttavani sai huomata, jostain syystä kehitelty lääkeaine ei edes tehnyt elävissä soluissa sitä, mitä piti. Trial and error on homman nimi, siis. :P

Molekyylien kemiallisia ominaisuuksia voidaan muokata vielä alkutestien jälkeen: niistä voidaan tehdä vesi- tai rasvaliukoisempia, kokoa voidaan kasvattaa jne., mutta aina se ei onnistu tai se ei ole kannattavaa. Nykyään lupaavia lääkkeitä hylätään myös kaupallisista syistä, koska niiden valmistaminen ei syystä tai toisesta kannata rahallisesti. Tämä on harmi, mutta niin siinä käy, kun akatemian sijasta lääkkeitä kehitetään yhä suuremmalta osin teollisuudessa, joiden täytyy saada myös vastinetta kehitykseen käyttämälleen rahalle. :( Seuraava kuva havainnollistaa seulonnassa mukana olevia molekyylimääriä (lähde Unkila 2005):

Kliiniset kokeet tarkoittavat ihmisillä tehtäviä kokeita – melko paljon siis tapahtuu ennen niitä, koska tehosta ja turvallisuudesta täytyy olla jo erittäin hyvät takeet. Lääkekokeet ihmisillä eivät siis ole mikään villi länsi, jonne houkutellaan sopivia uhreja :P Ne ovat erittäin tarkkaan laeissa ja erilaisissa eettisissä toimikunnissa säädeltyjä, todella kalliita, kokeita. Ainakin länsimaissa. Ongelmia toki löytyy erityisesti jostain kehitysmaista, mutta valitettavasti niistä ei pahemmin luotettavaa tietoa meille tavan tallaajille tule.

Aikaa tähän kaikkeen kuluu molekyylin syntetisoinnista valmiiseen kaupalliseen tuotteeseen saakka noin 10 vuotta ja rahaa vajaa (ellei nykyään jo ylikin) miljardi dollaria eli satoja miljoonia euroja, sisältäen myös kehityksen aikana hylättyihin molekyyleihin menneet rahat. Kun lääke pääsee markkinoille, alkaa kliinisen tutkimuksen ”neljäs vaihe”, jossa nähdään oikeasti lääkkeen vaikutukset suurissa potilasmäärissä ja lääkkeen varsinaisessa käyttötarkoituksessa (alustavat lääkekokeethan tehdään usein terveillä vapaaehtoisilla). Joskus jotkin harvinaiset, mahdollisesti vakavat, haitat tai yhteisvaikutukset ilmenevät vasta lääkkeen myyntiin pääsyn jälkeen. Lääkkeen kehittäminen ei ole mikään pieni ja halpa projekti, ja muun muassa siitä johtuen uudet lääkkeet ovatkin usein tosi kalliita.

Lähteet (pahoittelen ylimalkaista viittaustyyliä):

Farmakologia ja toksikologia -kirja, 7. painos: http://www.medicina.fi/index.php?option=com_content&view=article&id=68&Itemid=78

Unkila M: Uuden lääkeaineen nykyaikainen seulontaprosessi. Lehdessä Dosis (1. numero, 2005)

Yli-Öyrä J: Lääkehitys: Pajunkuoriteesta molekyylimallintamiseen. Kandin työ 2013, Itä-Suomen Yliopisto

P.S. Aiempaan avautumis-reptiliaanitekstiin viitaten. Paras minuun kohdistunut nimitys apteekissa töissä ollessani on so far ollut "Lääketeollisuuden huora" taputusten kera. :D Tuli siinä puolisen tuntia muutakin miellyttävää tekstiä kyseisen henkilön suusta. Varsinaisen harvinaista ei ole myöskään puukon tai aseen piipun eteen joutuminen. Tunnen molempien kohteita, mutta itse onneksi en ole vielä fyysistä väkivaltaa kohdannut.