Strålande molekyler spårar biokemiska processer

Att bygga broar mellan grundforskning, klinisk diagnostik och effektivare behandling har länge stått i fokus för Sharon Stone-Elander, professor i translationell medicinsk radiokemi. Med hjälp av molekylära avbildningstekniker som PET (positronemissionstomografi) är det möjligt att tidigt upptäcka och åskådliggöra sjukdomsprocesser. Därmed ges ett underlag för att testa nya behandlingsalternativ, komma fram till vilken behandling som är effektivast och sedan individanpassa denna.

Sharon Stone-Elander är kemist och har sedan slutet av 1970-talet varit med om att bygga upp och utveckla ämnet PET-radiokemi vid Karolinska universitetssjukhuset och Karolinska Institutet. Tekniken innebär att man märker in molekyler, som till exempel kolhydrater, signalsubstanser, proteiner och läkemedel med en radioaktiv isotop och sedan med hjälp av PET-kamera studerar hur dessa ämnen fördelas och omsätts i kroppen. Kemisterna måste arbeta snabbt och effektivt för att lyckas med inmärkningen då isotoperna har mycket korta halveringstider. Flera sätt att påskynda dessa reaktioner har utvecklats genom åren. Ett som vunnit spridning även långt utanför PET-området är att använda en starkt fokuserad mikrovågsanordning, en uppfinning som Sharon Stone-Elander gjorde för drygt tjugo år sedan tillsammans med maken professor Nils Elander.

Forskningen har framför allt varit inriktad på att utveckla och utvärdera själva spårämnena. De ska ha goda distributionsegenskaper och binda till just det man vill studera.

- Vi har byggt upp en stor verksamhet kring PET-substanser som används för att ställa diagnoser och studera verkningsmekanismer hos olika läkemedel. Vi ansvarar för den dagliga produktionen av spårämnen som används kliniskt, inte bara på Karolinska universitetssjukhuset utan också på andra sjukhus runt om i landet, berättar Sharon Stone-Elander.

I hennes forskargrupp finns olika kompetenser inom bland annat kemi, farmaci, farmakologi, fysik och experimentell onkologi. Gruppen har samarbeten med såväl kliniska specialister som med akademin och läkemedelsindustrin.

Spårande molekyler

Sharon Stone-Elander och hennes medarbetare gjorde tidigt, i samarbete med specialister på olika områden, basal forskning om hur kroppen använder sin viktigaste energikälla, glukos. Dessa studier bidrog till dagens breda användning av FDG, glukos märkt med radioaktivt fluor för att studera en rad sjukliga förändringar i kroppen och hur de svarar på olika behandlingar. Gruppen har också tagit fram spårsubstanser som gjort det möjligt att studera vad som händer i hjärnan vid bland annat olika typer av inlärning, smärta, akuta skador, droganvändning, epilepsi och olika psykiatriska sjukdomar.

Under de senaste åren har forskningen varit allt mer riktad mot att ta fram markörer som speglar olika processer vid tumörutveckling. För att tumörer ska växa krävs att det bildas nya blodkärl.

- Vi har tagit fram radioaktivt märkta spårämnen för receptorn, det vill säga mottagarmolekylen, för tillväxtfaktorn VEGFR-2 som överuttrycks vid blodkärlsbildning. Vi utvecklar också tekniker för att kunna mäta generella förändringar i vävnadens mikromiljö, berättar Sharon Stone-Elander.

Fram tills nyligen har i huvudsak små molekyler använts. Men det går nu också att utnyttja reaktiviteten hos selenocystein, en aminosyra, för att märka in proteiner för PET. Det har skett i samarbete med professorerna Elias Arnér och Stig Linder, Karolinska Institutet, och Stefan Ståhl, KTH.

- Vi har därmed kunnat åskådliggöra celldöd efter cytostatikabehandling vid huvud- och halscancer samt mäta mängden HER 2, en ytreceptor som ökar vid en viss form av bröstcancer. Med samma teknik avser vi att utveckla målsökande proteiner för att studera blodkärlsbildning och prostatacancer, säger Sharon Stone-Elander. Resultaten är mycket lovande.

MikroPET laboratoriet

Sharon Stone-Elander har tillsammans med sin grupp skapat en preklinisk PET-forskningsfacilitet, mikroPET laboratoriet. Avbildningsenheten ingår sedan några år tillbaka i det nystartade KERIC (Karolinska Experimental Research and Imaging Center).

- Vi har nu en optimal plattform för att kunna följa vad som händer inte bara i enskilda organ utan också samtidigt i hela kroppen. Vi använder försöksdjur, smågnagare, med olika sjukdomsmodeller, och kan med hjälp av mikroPET följa sjukdomsutveckling och behandlingseffekter hos enskilda individer över tid. Då det är samma avbildningsteknik som används i kliniken kan vi lättare överföra resultat från preklinisk forskning till kliniska tillämpningar.

Sharon Stone-Elinder beskriver sin forskning som translationell - "radiokemi utan gränser" - genom att knyta kemi till fysik, medicin och teknik, förena in vitro med in vivo, preklinik med klinik, akademi med industri. Hon konstaterar med tillfredsställelse att hon ser hur den tekniska kapaciteten successivt ökat och forskningen vidgats till allt fler prekliniska och kliniska frågeställningar.

Text: Ann-Marie Dock. Publicerad i Cell till Samhälle 2011.

Om forskningsämnet

Radiokemister utvecklar och tillämpar kemiska reaktioner för att bygga in radioaktiva isotoper i molekyler, som används som spårsubstanser. Molekylerna används för att spåra fysiologiska, patologiska och farmakologiska händelser direkt i en levande individ. Medicinsk radiokemi omfattar såväl nya sätt att märka in molekyler som att utveckla nya spårsubstanstekniker.

Sharon Stone-Elanders forskning inom translationell medicinsk radiokemi utgår ifrån kliniska frågeställningar, genomförs i laboratoriet och/eller prekliniskt för att föras tillbaka i form av nya metoder för vården.

Länkar

BiokemiNeurofysiologiProfessor