Artikkel

Skal behandle kreft med verdens sjeldneste grunnstoff

Gjermund Henriksen, Bent Schoultz
Gjermund Henriksen og Bent Schoultz har tatt patent på en helt ny metode for å kunne lage det radioaktive, medisinske stoffet astat-211. Stoffet skal kunne festes til bæremolekyler og drepe kreftcellene innenifra. Foto: Yngve Vogt/Apollon

Skal behandle kreft med verdens sjeldneste grunnstoff

Det finnes bare 44 milligram av verdens sjeldneste grunnstoff - astat - på Jorda. Nå skal astat brukes til å behandle kreft med spredning.

90 prosent av alle dagens kreftpasienter dør av metastaser. Metastaser er kreft med spredning.

– I fremtiden kan vi fjerne metastasene med «intelligente molekyler». Vi håper vi kan lage en medisin som kan erstatte vanlig strålebehandling og ødelegge kreftsvulstenes evne til å dele seg videre, forteller Gjermund Henriksen, som både er forskningsdirektør på Norsk Medisinsk Syklotronsenter og professor på Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Nå skal han, sammen med forsker Bent Schoultz på Fysisk institutt, teste ut en helt ny metode som kan gjøre det mulig å knuse kreftcellene innenfra – uten å skade det friske vevet rundt.

Astat

• Et tungt, radioaktivt grunnstoff med atomnummer 85.

• Verdens sjeldneste grunnstoff. Ifølge en artikkel i periodesystemet.no, skrevet av UiO-rektor og kjemiprofessor Svein Stølen, finnes det bare 44 milligram astat på Jorda.

• Ordet astat er gresk og betyr «ustabil».

• Det finnes en rekke ulike varianter av astat.

• Astat-211 er egnet til kreftbehandling.

• Astat-211 har en halveringstid på sju timer og 13 minutter.

De to forskerne har allerede i en årrekke forsket på hvordan det er mulig å diagnostisere og behandle kreft på en mest mulig skånsom måte.

For åtte år siden åpnet de et PET-laboratorium til 80 millioner kroner for å utvikle nye radioaktive stoffer for avanserte, medisinske bildeundersøkelser av kreft, Alzheimer, Parkinson, epilepsi og personlighetsforstyrrelser.

For 15 år siden var Henriksen og Schoultz de første ansatte i det medisinske industrieventyret Algeta – et legemiddelfirma med utspring fra Universitetet i Oslo. Henriksen og Schoultz var den gang med på å utvikle et nytt våpenarsenal mot prostatakreft, en målrettet molekylærmedisin som bestråler og dreper kreftcellene innenifra. Algeta ble for fire år siden solgt til Bayer AS for 17,6 milliarder kroner.

Løsningen til Algeta var å benytte radiumatomer i sin enkleste form. Dette er radioaktive atomer som har den særegne egenskapen at de selv finner frem til de stedene i skjelettet der kreften har spredt seg.

LES OGSÅ: Roy Larsen startet Algeta: Fikk de banebrytende ideene i studietiden

Målsøkende molekyler

Den nye ideen til Henriksen og Schoultz er å feste radioaktive atomer på målsøkende molekyler.

– I stedet for at det radioaktive stoffet selv skal finne veien til kreftcellene, ønsker vi at det radioaktive stoffet skal festes på et molekyl som er spesialdesignet til å finne frem til der kreftcellene er. På denne måten kan behandlingen bli enda mer målrettet, forteller Bent Schoultz.

Kreftbehandling

• Astat-211 vil være egnet mot brystkreft, gynekologisk kreft og blodbårne krefttyper.

• Bæremolekyler skal frakte astat-211 til kreftcellene.

• Astat-211 dreper kreftceller med alfastråler. Alfatråler har en rekkevidde på noen mikrometer.

• Det trengs bare et milliarddels gram astat-211 til én behandling.

• Når Astat-211 har strålt fra seg, omdannes det til bly og vismut.

Radium har dessverre en stor svakhet.

– Det er svært vanskelig å feste radium til kreftsøkende bæremolekyler. Det er dessuten enda vanskeligere å lage bæremolekylene slik at radiumet blir med helt inn til kreftsvulsten uten å falle av underveis.

Henriksen og Schoultz forsøker å løse dette problemet ved å erstatte radium med astat. Astat fester seg mange ganger bedre enn radium. USA har allerede satt astat på listen over «radioaktive råvarer» i medisin. Uheldigvis er astat verdens sjeldneste grunnstoff.

På jordoverflaten finnes det bare 44 milligram astat. Forklaringen er at det radioaktive grunnstoffet er så ustabilt at grunnstoffet raskt endrer seg til andre typer grunnstoffer. Ikke rart at ordet astat stammer fra astatos – ustabil på gresk.

Astat må derfor lages kunstig.

LES OGSÅ: Henriksen og Schoultz fikk Idéprisen for astat-planen: Vil lage et "nytt Algeta" med Oslo-syklotronen

Patentet i boks

Nå har Henriksen og Schoultz funnet opp en metode som skal gjøre det mulig å fremstille astat i så store mengder at legemiddelindustrien kan nyttiggjøre seg av astatet før virkningen forsvinner.

Inven2, innovasjonsselskapet til UiO og OUS, har søkt om patent på metoden. Metoden handler om hvordan det er mulig å lage store mengder astat på en så enkel, billig, sikker og miljøeffektiv måte som mulig.

Bare et fåtall steder i verden kunne ha produsert astat i dag. Den eneste muligheten i Norge er syklotronen ved Fysisk institutt på Blindern. Dette er et kjernefysisk laboratorium der det er mulig å lage tyngre grunnstoffer ved å bombardere partikler på en metallplate.

Landets store sykehus har også syklotroner, men de brukes til å fremstille radioaktive stoffer til PET-undersøkelser og er ikke kraftige nok til å produsere astat.

Produksjonen av astat skjer ved at heliumkjerner, som altså er heliumatomer uten elektroner, blir skutt med en enorm hastighet på vismutkjerner. Heliumkjerner består av to protoner og to nøytroner. Protoner er ladde partikler, mens nøytroner ikke er ladde. Det er antall protoner som bestemmer hva grunnstoffet er.

Vismut er et tungt, metallisk grunnstoff som finnes i neglelakk, leppestift, hemoroidekremer og i visse kombinasjonsmedisiner med antibiotika.

Når heliumkjernen smelter sammen med vismutkjernen, dannes astat.

Akkurat som med alle andre grunnstoffer, finnes det også mange ulike variasjoner av astat. Disse variasjonene kalles for isotoper. Isotoptypen bestemmes av antall nøytroner.

Astat-fremstilling

• Astat-211 kan lages kunstig. UiO har tatt patent på metoden.

• Fremstillingen skjer i syklotronen på Fysisk institutt.

• Astat-211 lages ved å skyte heliumkjerner med en enorm hastighet på vismutkjerner.

• UiO må vise at produksjonen er stabil før legemiddelindustrien kan satse på astat-211.

Forskerne må skyte heliumkjernene med akkurat så mye energi at de danner den rette astat-isotopen.

Ett av poengene deres er å finne den radioaktive varianten som, etter at den har gjort strålejobben sin, blir omdannet til et ufarlig stoff.

Risikabelt

Det medisinske vidunderstoffet kalles astat-211. Vedhenget 211 betyr at astat-isotopen, som har atomnummer 85, inneholder 85 protoner og 126 nøytroner, altså 211 partikler til sammen.

Forskerne må holde tungen rett i munnen. Hvis det slurves og gis feil mengde energi under beskytningen, kan det i stedet dannes astat-210, som altså inneholder ett nøytron mindre.

Dette høres kanskje ufarlig ut, men astat-210 vil omdannes til polonium-210, et av verdens farligste giftstoffer, som tok livet av den russiske eks-spionen Alexander Litvinenko for snart elleve år siden.

Når astat-211 har strålt fra seg, vil det omdannes til bly og vismut. Disse stoffene vil – i den mengden de utgjør etter behandlingen – være ufarlige.

– Du puster faktisk inn mer bly ved å krysse Blindernveien, forteller Bent Schoultz.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Optimal halveringstid

For forskerne er det ikke nok at det radioaktive stoffet omdannes til ufarlige stoffer. Lengden på halveringstiden er også viktig.

Halveringstiden betyr hvor lang tid det tar før halvparten av en viss mengde er omdannet til en annen isotop. Halveringstiden må derfor være akkurat så lang at stoffet virker best mulig.

Halveringstiden på astat-211 er sju timer og 13 minutter. Verken mer eller mindre.

– Denne tiden er optimal for kreftbehandling. Det finnes også andre radioaktive isotoper som i teorien hadde vært lette å feste til bæremolekyler, men hvis halveringstiden er for kort, kan blodet og andre organer skades før stoffet er kommet frem til kreftsvulsten, forteller Gjermund Henriksen.

Når radioaktive stoffer, som astat, blir omgjort til andre stoffer, sender de ut stråler. Strålingen dreper celler hvis de klarer å knuse DNA-molekylene i cellekjernene.

Radioaktive stoffer kan sende ut tre typer stråling; gammastråler, betastråler eller alfastråler.

Gammastråler er elektromagnetisk stråling, men med så kraftig energi at de går tvers igjennom kroppen.

Betastråler består av elektroner og i noen tilfeller positroner, som har den samme massen som elektroner, men med motsatt elektrisk ladning. Betastrålene trenger noen centimeter inn i kroppen.

Alfastråler er heliumkjerner. De gir mye energi og dreper effektivt celler innenfor noen mikrometer.

I dagens målrettede behandling er det vanligst å lage medisiner med betastråling.

Astat avgir alfastråler

– Det er gunstig. Alfastråler har mye mer energi enn betastråler.

Mens det trengs 100 til 1000 betapartikler for å knuse DNA-molekyler, trengs det bare to til tre alfapartikler for å ta knekken på dem. Forklaringen er at alfastrålen har større energitetthet og derfor større sannsynlighet for å treffe DNA-et i cellekjernen, enn de svært så tynne betastrålene.

Et flyktig presisjonsverktøy

– Astat kan fungere som en kirurgisk kniv med svært høy presisjon, samtidig som det friske vevet får minimal skade. Astat kan bedre behandlingen av flere typer kreft, slik som brystkreft, gynekologisk kreft og blodbårne krefttyper, forteller Inven2s teknologistrateg Elin Melby, som har ansvaret for patenteringen og for kontakten med legemiddelindustrien.

Det trengs ikke store mengder astat for å behandle kreft. Dosen er ikke synlig for det blotte øye. Mens en kreftpasient får cellegift i litervis, trengs det bare ett nanogram astat til én behandling. Et nanogram er et milliarddels gram.

Det trengs derfor svært lite vismut for å lage astat.

– En klump vismut på størrelse med en mynt holder til flere millioner års medisinsk produksjon.

Astat er et flyktig stoff, så frem til i dag har det vært vanskelig å samle opp astatet under produksjonen. De to forskerne har funnet en løsning på dette.

– Patentet vårt handler om hvordan det er mulig å produsere astat og samle det opp raskest mulig.

De to forskerne har også ideen klar for hvordan de målsøkende molekylene bør se ut og hvordan astatet kan festes til disse. En av mulighetene er å feste astatet til noen spesialdesignete antistoffer.

– Poenget vårt er å lage et system som frakter den radioaktive kilden til et helt bestemt sted. Da kan vi jobbe målrettet mot én og én type kreft om gangen, sier Henriksen.

Akkurat nå arbeider de to forskerne med å bygge opp laboratoriet for å vise at det er mulig å produsere astat i store nok mengder.

– Før legemiddelindustrien vil bruke en milliard kroner på å utvikle en ny medisin, må de være sikre på at de får god nok tilgang til en sikker og forutsigbar astat-produksjon. Vi må vise at vi kan levere, poengterer professor Sunniva Siem, gruppeleder i Kjerne- og energifysikk på Fysisk institutt.

Strenge strålekrav

Forskerne har allerede fått noe utstyr av Bayer AS og jobber nå for å oppgradere laboratoriet til det nivået som Statens strålevern krever.

Den dagen astat-medisiner blir en del av kreftbehandlingen, må det lages en egen produksjonssyklotron. Oslo-syklotronen er for liten.

– Den nye syklotronen kan dekke et stort geografisk område. Med de raske flyforbindelsene vi har i dag, er det mulig å sende de radioaktive virkestoffene fra syklotronen i Oslo til sykehuset i Tromsø uten at den medisinske virkningen forsvinner underveis, poengterer Gjermund Henriksen.

Artikkelen ble først publisert i Apollon

Mer på Titan.uio.no:

Tags: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Ole-Johan Dahl, Kristen Nygaard, Simula

Norges største forskningsbragd i IT runder 50

"To menn som slåss foran en tavle? Nei, det er ikke farlig. Det er bare Kristen Nygaard og Ole-Johan Dahl som diskuterer Simula." Så høy var temperaturen da programmeringsspråket skulle utvikles. Nå feires 50 års suksess.

Verdens raskeste katode består av amorft litiumjernfosfat

Snart kan du starte bilen med strøm fra mobilen

Om noen år har vi fått batterier som har lengre levetid, koster mindre, lades fortere og er både små og bøyelige. Dessuten vil mobilbatteriet være sterkt nok til å funke som "startkabler" til bilen. – Men da får du kanskje ikke ringt etterpå, sier professor Ola Nilsen. 

Hilde Barsett, Giang Thanh Thi Ho og Helle Wangensteen

– Svarthyll kan motvirke diabetes

– Resultatene er svært lovende og tyder på at denne gamle urtemedisinen virkelig har noe for seg, sier førsteamanuensis Giang Thanh Thi Ho ved Farmasøytisk institutt.