Kemiaa ja biologiaa: Lääkeaineiden tutkimus on vahvaa ja monipuolista Jyväskylän yliopistossa
Lääketieteessä tutkitun tiedon avulla on onnistuttu kukistamaan monia tauteja, ja uudelle tutkimustiedolle onkin koko ajan enemmän tarvetta. Sairauksien syiden selvittämiseen ja uusien lääkkeiden ja hoitomuotojen kehittämiseen tarvitaan tietoa.
Jyväskylän yliopistossa lääkeaineisiin liittyvää tutkimusta tehdäänbio- ja ympäristötieteiden laitoksella ja kemian laitoksella sekä Nanotiedekeskuksessa (NSC). ۳ٱٲötä tehdään tiedekunnassa eri tutkimusryhmien kesken sekä kansainvälisellä tasolla.
Herpesvirukset apuna syövän hoidossa
Virukset mielletään yleensä haitallisiksi taudinaiheuttajiksi. Nykyään kuitenkin tiedetään, että jotkin virukset voivat myös olla ihmisen näkökulmasta erittäin hyödyllisiä ja niitä voidaan käyttää muun muassa syöpäsolujen tuhoajina.
Bio- ja ympäristötieteiden laitoksen tutkimusryhmänjohtaja Maija Vihinen-Ranta tutkijoineen selvittää herpesvirusten toimintaa isäntäsoluissa. Tutkimusta rahoittavat Suomen Akatemia, Jane ja Aatos Erkon Säätiö sekä EU:n Horisontti Eurooppa -ohjelma (EU Horizon).
”Tutkimushankkeemme edistää tietämystä herpesviruksen ja isäntäsolun vuorovaikutuksesta. Tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi virussyöpähoitojen kehittämisessä.”
Virukset leviävät tehokkaasti syöpäkasvaimen solusta toiseen samalla tuhoten uusia soluja. Ihmisen herpes simplex -virus 1 (HSV-1) on yksi syöpähoitoihin käytettävistä viruksista. HSV-1 on DNA-virus eli se monistaa perimänsä ja kokoaa uudet viruspartikkelit solun tumassa käyttäen hyväksi solun proteiineja ja solun mitokondrioissa tuotettua energiaa.
HSV-1:n lisääntymiskierto solussa tunnetaan osittain jo melko hyvin. Huonommin tunnetaan viruksen aiheuttaman stressitilan vaikutus solun toimintaan ja tuman rakenteeseen sekä näiden muutosten vaikutus viruksen kulkeutumiseen tumassa.
Kun virusten kulkeutumismekanismit saadaan selvitettyä, on mahdollista kehittää keinoja tehostaa niiden etenemistä. Näin pystytään nopeuttamaan virusten aiheuttamaa solutuhoa ja immuunivasteen aktivoimista syöpäsoluja vastaan.
”Kahden tieteenalan, biologian ja biofysiikan, yhdistäminen mahdollistaa korkeatasoisen tutkimuksen ja virus-solu-vuorovaikutukseen liittyvien mekanismien selvittämisen. Käytämme tutkimuksessamme huipputason kuvaustekniikoita ja yhdistämme niihin laadukasta kuva-analyysiä, kertoo Vihinen-Ranta.
Tutkimusta antibioottiresistenttien bakteeri-infektioiden torjuntaan
Professori Perttu Permi johtaa kemian ja bio- ja ympäristötieteiden laitosten yhteistä NMR-rakennetutkimuksen tutkimusryhmää. Se on kiinnostunut Staphylococcus aureus -patogeenista. S. aureus ja sen metisilliiniresistentti kanta (MRSA), kansankielisesti ”sairaalabakteeri”, on vastustuskykyinen penisilliinijohdannaisille eli ns. beeta-laktaamipohjaisille antibiooteille.
”Staphylococcus aureus on tunnettu kyvystään kehittää nopeasti vastuskykyä useille antibiooteille. Antibioottiresistenssi tai laajemminkin antimikrobiaaliresistenssi (AMR) on nykyisin laaja globaali terveydenhuollollinen ja kansantaloudellinen ongelma, sillä pelkästään S. aureus -infektioihin kuolee yli miljoona ihmistä vuodessa”, sanoo Perttu Permi.
Permi keskittyy tutkimuksissaan S. aureuksen soluseinän tutkimiseen. Bakteereja suojaava soluseinä koostuu pääosin peptidoglykaanista eli polymeroituneesta glykaanista ja peptideistä muodostuvasta verkkomaisesta makrorakenteesta.
Penisilliinijohdannaiset antibiootit estävät peptidoglykaania syntetisoivien entsyymien toimintaa, mikä johtaa bakteerien soluseinän hajoamiseen ja edelleen bakteerin kuolemaan. Permin ryhmä tutkii parhaillaan entsyymejä, jotka hajottavat peptidoglykaania hydrolysoimalla niissä olevia amidisidoksia.
”Nämä entsyymit pystyvät hajottamaan bakteerisolun minuuteissa eivätkä vaadi metabolisesti aktiivista solua. Tarkoituksenamme on tutkia yhtäältä näiden entsyymien merkitystä bakteerin soluseinän ylläpidossa ja toisaalta kehittää niitä tämän tiedon pohjalta tehokkaammiksi, laajakäyttöisemmiksi ja muokattavammiksi antimikrobiaalisiksi aineiksi tai -lääkkeiksi”, kertoo Permi.
Myös professori Varpu Marjomäki ja professori Lotta-Riina Sundberg tutkivat mikrobilääkeresistenssiä. Toukokuun alusta alkaneessa uudessa Euroopan unionin rahoittama IN-ARMOR -hankkeessa pyritään löytämään uusia ratkaisuja mikrobilääkeresistenssiin.
Tavoitteena on ottaa käyttöön uudenlaisia immuunijärjestelmää indusoivia aineita, jotka pystyvät tehostamaan elimistön omia synnynnäisiä mikrobien puolustusmekanismeja mikrobilääkeresistenssin torjumiseksi ja vaarallisimpien lääkkeille vastustuskykyisten infektioiden esiintyvyyden vähentämiseksi.
Kehitteillä pintoja, joilla virukset eivät menesty
Solu- ja molekyylibiologian professori Varpu Marjomäki on tutkinut pitkään erilaisia molekyylejä, sekä jo olemassa olevia lääkkeitä, uusia syntetisoituja molekyylejä, että luonnosta peräisin olevia molekyylejä.
Hän on tunnettu enterovirusten tutkimisesta ja on laajentanut viime vuosina tutkimuksiaan myös koronaviruksiin. Vaikka vaipalliset ja vaipattomat virukset eroavat kovasti toisistaan, näillä viruksilla on myös paljon yhteistä. Niillä on esimerkiksi rakenteellisesti hyvin samanlainen valkuaisaineita pilkkova entsyymi, jonka toimintaa voisi estää tehokkaasti samoilla keinoilla.
Marjomäen ryhmä on havainnut, että molempia virusryhmiä voi torjua useilla Suomen metsäluonnosta löytyvillä biopohjaisilla raaka-aineilla. Näitä kutsutaan antiviraaliksi eli ne voivat tuhota viruksia sekä pinnoilta että iholta.
Marjomäen tutkimukset ovat osoittaneet, että toistaiseksi löydety antiviraalit toimivat tuhoamalla suoraan virusten infektiokyvyn.
”Yhden tutkimusprojektimme tarkoituksena on kehittää uusia, kestävän kehityksen mukaisia ja turvallisia materiaaleja, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi infektioiden torjunnassa. Tavoitteena on muun muassa kehittää ekologisempia ja antimikrobisia hengityssuojaimia.”
”Teemme useiden yritysten kanssa yhteistyötä tällaisten funktionaalisten materiaalien kehittämiseksi. Biopohjaisuus ja luonnosta peräisin olevat ratkaisut ovat myös korkealla yritysten intresseissä, ja meillä on tässä tilaisuus olla edelläkävijöitä”, iloitsee Marjomäki.
Luonnosta peräisin olevista antiviraalisista tuotteista on juuri hyväksytty patentti, joka on yhteistyön tulos Jyväskylän yliopiston ja Luonnovarakeskuksen kanssa. Sieniperäisten ainesosien antiviraalisten ominaisuuksian lisäksi tuotteet sisältävät paljon muitakin hyviä ominaisuuksia, joita voidaan käyttää hyväksi tulevaisuuden sovelluksissa.
Varpu Marjomäki on myös kehittänyt uusia lääkkeitä virusinfektioiden torjuntaan. Jyväskylän yliopistossa on patentoitu tämän kehitystyön tuloksena enteroviruksiin erityisen hyvin tehoava aiemmin syöpälääkkeenä käytetty molekyyli, vemurafenib.
”Olemme juuri julkaisseet tutkimuksen, jossa selvitetään tämän molekyylin mekanismi eli miten se toimii eri tavoin virusinfektiossa kuin syövän torjunnassa, kertoo Marjomäki.
Faagit apuna hankalien tautien hoidossa
Professori Lotta-Riina Sundbergin huomio on kiinnittynyt ihmisten bakteerien aiheuttamiin tauteihin. Hän etsii faagiterapian avulla keinoja bakteeri-infektioiden hoitamiseen. Faagiterapiassa hyödynnetään faageja taudin hoitamisessa ja se tarjoaa vaihtoehtoisen hoitomuodon lääkkeiden rinnalle.
Viime aikoina Sundberg on ollut erityisen kiinnostunut ihmisten limakalvoista, jotka toimivat ensimmäisenä ihmisen immuunipuolustuksen osana. Limakalvoissa elelee oma mikrobiomi, jossa monet faagit odottelevat isäntäbakteerin ilmestymistä.
”Haluan ymmärtää, minkälaisia vaikutuksia faageilla on limakalvoilla, miten faagit sitoutuvat sinne ja havaitsevat taudin aiheuttavan bakteerin sekä tuhoavat sen. Kun ymmärrämme tämän toimintatavan, voimme mahdollisesti istuttaa faageja myös muualle ja estää näin tautien puhkeamisen”, kertoo Sundberg.
Meneillään on patenttihakemus, joka koskee tehostettua menetelmää faagien tuottamiseen, havaitsemiseen ja eristämiseen.
”Menetelmä on hyödyllinen erityisesti sellaisten taudinaiheuttajabakteereita infektoivien faagien kanssa työskentelyyn, jotka ovat ”hankalia” ja joiden kanssa perinteiset menetelmät eivät toimi.”
Myös bio- ja ympäristötieteiden laitoksen yliopistonlehtori Matti Jalasvuori valjastaa faageja lääketieteen uusiksi työkaluiksi bakteeritautien hoidossa. Hänen vuonna 2022 perustamansa bioteknologian startup-yritys PrecisionPhage rakentaa faagiteknologiaa, jolla voidaan korvata antibioottihoitoja. Yritys toimii laajalla kansainvälisellä kentällä.
Lääkeainetta ei saada ilman valmistusmenetelmää
Kemian laitoksella toimiva professori Petri Pihko vetää tutkimusryhmää, jossa kehitetään uusia, tehokkaampia menetelmiä lääkkeiden vaikuttavien aineiden valmistamiseen. Lääkkeiden kehitys ja tuotanto perustuvat siihen, että yksinkertaisemmista lähtöainemolekyyleistä kootaan pala palalta monimutkaisempi lääkeainemolekyyli.
Tämä on vaikeaa, koska kemiallisessa kokoamistyössä tulee usein yllätyksiä ja takaiskuja. Jollakin tavalla lääkeaineet tai tutkimukseen tarvittavat molekyylit on kuitenkin tuotettava.
Vaikeuksien voittamiseksi Pihkon ryhmä on kehittämässä uusia työkaluja, jotka perustuvat säädeltäviin, katalyyttisiin menetelmiin. Ryhmä on tehnyt yhteistyötä useiden suomalaisten lääkeyritysten ja tuotannossa toimivien yritysten kanssa.
”Suomessa on paljon lääkkeiden tuotantoon liittyvää osaamista ja teollisuutta, joka tarvitsee myös uutta työvoimaa. Olemme olleet jo pitkään haluttu kouluttaja ja yhteistyökumppani”, summaa Pihko.
۳ٱٲötä teollisuuden kanssa lisättävä
Kliinisen lääkeainekemian ja biolääketieteen dosentti ja kansainvälisestikin tunnustettu tutkija Sauli Vuoti aloitti lääkekehityksen ja kliinis-translationaalisen onkologian työelämäprofessorina Jyväskylän yliopiston kemian laitoksella tänä vuonna.
Professori Vuotin tutkimusryhmässä tehdään tällä hetkellä sekä perustutkimusta että kliinistä tutkimusta rintasyövän, keuhkosyövän, maksasyövän, glioblastooman, myelooman kuin myös potilaiden psykososiaalisen tuen parissa.
Vuoti pitää tärkeänä yhteiskuntaan vaikuttamista, tutkimuksen soveltamista, innovatiivista ajattelua ja uudenlaisen yhteistyön syntymistä.
Jotta idea tulisi hyödynnetyksi, tulee yhteistyötä tehdä yhä enemmän teollisuuden kanssa.
”Tiedekunnassamme tehdään laadukasta ja monipuolista lääkealan tutkimusta kansainvälisellä tasolla. Äärimmäisen tärkeää on osata myös kertoa, mihin tutkimusta tulevaisuudessa voidaan käyttää. Haluan tuoda luomani kontaktit tutkimusryhmien käyttöön, jolloin voimme yhdessä kehittää tutkimustamme ja löytää uusia sovellusmahdollisuuksia”, sanoo Sauli Vuoti.
Tavoitteena tehdä Jyväskylästä lääketieteen tutkimuksen keskittymä
Työelämäprofessori Vuotin mielestä paikallista yhteistyötä lisäämällä Jyväskylästä saadaan vielä merkittävämpi lääketieteen tutkimuksen keskittymä.
”Keskeiset yhteistyökumppanimme ovat sekä Sairaala Nova että Keski-Suomen Biopankki. Heidän kanssaan tehtävä yhteistyö auttaa varmasti luomaan Jyväskylään uudenlaista hyvinvoinnin ja terveyden edistämisen tutkimusta ja innovaatioita”, iloitsee Vuoti.
Tutkimustietoa Sauli Vuoti jakaa myös tuottamillaan Tiedettä Tunteella -podcasteilla, jotka tarjoavat ajantasaista ja tutkimukseen perustuvaa faktatietoa lääketieteestä ja suomalaisesta terveydenhuoltojärjestelmästä. Kotimaisten huippuammattilaisten siivittämä sarja tuo esiin merkittäviä suomalaisia tutkijoita ja terveydenhuoltojärjestelmämme muita ammattilaisia.
