Johdanto
Meistä jokainen on tarvinnut ja tulee tarvitsemaan lääkkeitä jossain elämänsä vaiheessa. Toisille lääkkeet ovat vakavien sairauksien voittamiseksi välttämättömiä, toisille riittää päänsärkytabletti silloin tällöin. Lääkkeet ovat antaneet ihmisille mahdollisuuden elää terveempää elämää. Uusia sairauksia kehittyy kuitenkin jatkuvasti ja vanhat muuttuvat resistenteiksi aiemmin käytetyille lääkkeille. Lääketeollisuus ei voi levätä. Elämme mikrobien, virusten ja bakteerien maailmassa, jossa käydään jatkuvaa kilpajuoksua elämän ja kuoleman kanssa. Voisi kuvitella, että suurin osa tällä hetkellä käytetyistä uusista lääkeaineista syntyisi kemian laboratorioissa, mutta luulo on väärä. Uusia lääkeaineita etsitään kiivaasti luonnosta. Tällä hetkellä lähes 60 % lääkkeistä sisältää vaikuttavana aineenaan luonnosta (kasveista, mikro-organismeista) saatuja lääkeaineita. Sinunkin kotipihallasi voi kasvaa mitä arvokkain lääkekasvi! Tarvitaan paitsi uusia lääkkeitä, myös uusia halvempia menetelmiä lääkeaineiden valmistamiseen, sillä monet lääkkeet ovat kalliita valmistaa. Suomessa onkin kehitetty uusia menetelmiä, jossa kasvisolu toimii lääketehtaana. VTT:n Lääkekehityksen biotekniikan teknologiapäällikkö Kirsi-Marja Oksman-Caldentey kertoo haastattelussamme kasvilajien ja kasvisolujen äärettömän tärkeästä merkityksestä lääkkeiden kehittämisessä.
Kirsi-Marja Oksman-Caldentey työpaikallaan. Kuva: Juha Lakaniemi
Kasvisolut lääketehtaina
Kirsi-Marja Oksman-Caldentey johtaa kahdeksaa lääkekehityksen biotekniikan tutkimusryhmää Espoossa ja Turussa. Ryhmien tarkoituksena on tutkia syöpää, syöpäbiologiaa, tehoseulontasysteemejä, diagnostiikkaa ja kasvibiotekniikkaa. Proviisori ja farmasian tohtori Oksman-Caldentey on ollut kiinnostunut kasveista ja niiden lääkinnällisistä vaikutuksista jo opiskeluajoista lähtien: ”Kasvien sisältämät aktiiviset yhdisteet ovat olleet päämielenkiintoni. Suurimmat haasteet ovat olleet niiden erilaiset testausmenetelmät, niiden bio- ja farmakologisten aktiivisuuksien testaaminen, biosynteesireittien löytäminen eli se, miten nämä kasvit tuottavat niitä yhdisteitä.” Tärkeänä tutkimusvaiheena näiden asioiden selvittämisessä on soluviljely. Suomessa kasvien soluviljelyä on tehty pääasiassa vasta 1980-luvulta lähtien. Soluviljelmät ovat välivaiheita tutkittaessa eri kasvisoluihin liittyviä ilmiöitä. Tärkeänä tavoitteena on valjastaa kasvisolu toimimaan niin, että se saadaan tuottamaan haluttuja lääkeyhdisteitä suuria määriä nopeastikin. Tällä hetkellä monet tärkeät lääkeyhdisteet ovat tiettyjen kasvilajien varassa, joita mahdollisesti kasvaa vain vähän ja vain tietyillä alueilla, ja joista lääkeyhdisteitä saadaan eristettyä vain pieniä määriä kerrallaan. Tämä on kallista, epävarmaa ja hidasta. Siksi kasvisolujen valjastaminen tällaiseksi biotekniseksi ”vihreäksi lääketehtaaksi” olisi mullistava muutos. Samalla tavalla on aiemmin saatu monet mikrobilajit tuottamaan bioteknisesti esimerkiksi antibiootteja.
Kuva: Juha Lakaniemi
Kasvisolujen toimintaa on tutkittu VTT:llä lähes kahdenkymmenen vuoden ajan muun muassa Solucel-projektissa. Projektissa tavoitteena on ollut selvittää, miten saataisiin tuotettua määrättyjä, kasveista saatavia syöpälääkkeitä edullisemmin ja mitkä eri säätelytekijät vaikuttavat yhdisteiden muodostumiseen. Projekti toteutettiin yhdessä belgialaisen VIB -instituutin kanssa. Tämän yhteistyön seurauksena syntyi myös SoluCel-yritys. Teknologian tarkoituksena on kehittää menetelmiä, joiden avulla voidaan tuottaa mikä tahansa luonnon molekyyli kasvisoluissa, koska monia näitä molekyylejä on vaikeaa tuottaa kemiallisesti niiden hankalan, stereokemiallisen rakenteensa vuoksi. Periaatteessa mistä tahansa kasvista voidaan siis tehdä sellaiset jatkuvatoimiset viljelmät suuressa mittakaavassa, jotka sitten tuottaisivat näitä haluttuja yhdisteitä. Siten kasvisolu voi toimia tavallaan lääketehtaana, koska se tuottaa solutoimintansa yhteydessä juuri tiettyjä, haluttuja yhdisteitä oman toimintansa yhteydessä.
Miten valjastaa kasvisolu vihreäksi lääketehtaaksi?
Kirsi-Marja Oksman-Caldenteyn tutkimusryhmissä on käytetty mallikasvina Catharantus roseus -nimistä (eng. Madagascar Periwinkle) kasvilajia, joka on yleinen koristekasvi. Siitä eristetään indolialkaloidi-yhdisteitä (vincristine ja vinblastine), joita käytetään syöpälääkkeinä (mm. rintasyöpään, munasarjasyöpään ja pienisoluiseen keuhkosyöpään). Yhdisteet ovat todella monimutkaisia molekyylejä, jotka ovat hyvin pitkän biosynteesireitin takana. Niitä on vaikea luoda kemiallisesti ja lisäksi tiedetään, että kasvisolut syntetisoivat ainoastaan yhtä tiedettyä stereokemiallista rakennetta. Näitä yhdisteitä löytyy tällä hetkellä Catharantus roseus -kasvilajin lehdistä, joista se eristetään. Koska yhdisteitä saadaan niistä tällä hetkellä vain todella pieniä määriä, lääkeaineen hinta on noin 13 000 dollaria grammalta. Tämän vuoksi Suomessa on yritetty löytää keino, miten kasvisolut voisivat tuottaa tätä samaa yhdistettä soluviljelmissä.
Kirsi-Marja Oksman-Caldentey kertoo: ”Olemme yrittäneet päästä selville, miten nämä yhdisteet muodostuvat kasvissa. Biosynteesireitit lähtevät yleensä aminohapoista ja sitten ne jatkuvat siitä erilaisiksi välituotteiksi ja saattavat haarautua moneen suuntaan. Me olemme kartoittaneet niitä geenejä ja entsyymejä, jotka katalysoivat biosynteesin eri välivaihereaktioita. Olemme tehneet geenien transkriptioprofilointia, jossa on katsottu, mitkä geenit vaikuttavat mihinkin vaiheeseen ja sitten on pystytty hahmottamaan biosynteesireitti. Tosin siellä on vieläkin avoimia kohtia ja tarkoitus olisikin, että jos löydämme kaikki ne geenit, niin voimme vaikuttaa niihin. Yliekspressoin seurauksena solu saadaan tuottamaan suurempia määriä haluttua yhdistettä.”
Samanlaisia ongelmia on monien muidenkin tärkeiden lääkkeiden kohdalla. Esimerkiksi malariaan kuolee vuosittain valtavasti ihmisiä ja tauti muuttaa muotoaan jatkuvasti. Artemiisiini on lupaava uusi lääke, jota saadaan pensasmaisesta Kiinassa kasvavasta Artemisia annua -nimisestä kasvista. Kasveja ei kuitenkaan ole tarpeeksi. Tällä hetkellä yritetään löytää siihenkin vaihtoehtoinen menetelmä, kuinka lääkeainetta saataisiin tuotettua muilla keinoin.
Ensimmäinen askel kuitenkin kaikessa tässä on uusien lääkekasvien ja niiden sisältämien aktiivisten yhdisteiden löytäminen. Tämä tapahtuu edelleenkin hyvin perinteisin keinoin: keräämällä näytteitä luonnosta. Kenen tahansa kotipihalla voi kasvaa sellainen kasvi, josta voitaisiin löytää lääkeaineita vaikkapa syöpään tai muihin vakaviin tauteihin. Lajintuntemustaidot nousevat jälleen kerran arvoon arvaamattomaan. Kerätystä kasvista tehdään ensin tietynlaisia kemiallisia uutteita, joita testataan. Tarvittaessa testauksia jatketaan pitkälle kehittyneillä menetelmillä esimerkiksi Turussa. Alkuvaiheen testauksissa voidaan esimerkiksi nähdä kasveissa olevien yhdisteiden vaikutuksia syöpäsoluihin ja syövän muodostumis- ja leviämismekanismeihin. Jos aktiivisia vaikutuksia huomataan, tehdään tarkempia prekliinisiä tutkimuksia. Ensimmäisenä selvitetään, onko kasviyhdiste niin toksinen, ettei siitä ole uudeksi lääkeaihioksi. Jos se osoittautuu kunnolliseksi, siitä tehdään valtavan paljon kemiallisia johdannaisia, sillä alkuperäistä molekyyliä joudutaan usein parantelemaan:
”Se alkuperäinen molekyyli saattaa olla peräisin mikrobista, sienestä tai kasvista, mutta lopullinen tuote on paranneltu, sillä ehkä se ei liukene hyvin, se ei formuloidu hyvin lääkeaineeksi tai sillä on jotain muita ei toivottuja vaikutuksia.” Koko lääkekehitysprosessi kasvista lääkkeeksi kestää usein yli viisitoista vuotta ja on arvioitu, että yhden lääkemolekyylin vieminen markkinoilla olevaksi lääkkeeksi maksaa noin 800 miljoonaa euroa. Tällä hetkellä lääkekasveja etsitään erityisesti Aasiasta ja Etelä-Amerikasta, jotka ovat biodiversiteetiltään runsaita. Usein lääkekasvien etsintä ei etene satunnaisesti, vaan erityisesti kerätään ja tutkitaan niitä kasveja, joita paikalliset asukkaat ovat käyttäneet mahdollisesti jo vuosisatoja kansanlääkinnässä. Intialainen ja kiinalainen lääketiede on vuosituhansia vanhaa ja siellä käytetyistä kasveista onkin löydetty paljon uutta. Vaikka uusia hyviä lääkeaineita löytyisikin, voi niiden tuottaminen olla kuitenkin aivan liian arvokasta. Siksi on jouduttu pohtimaan uusia halvempia menetelmiä lääkeaineiden tuottamiseksi.
Eräs tärkeä lääkeyhdiste on paklitaksoli, jota saadaan marjakuusesta pieniä määriä eristämällä puun kuoresta. Se on myös tehokas syöpälääke. Myös monien hormonilääkkeiden, kuten e-pillereiden sekä useiden kipulääkkeiden, kuten morfiinin, perusranka eristetään luonnosta ja siitä tehdään johdannaiset kemiallisesti. Silmälääkäreidenkin käyttämät silmätipat, joilla laajennetaan pupilleja, ovat alkaloideja ja kasveista peräisin.
Kirsi-Marja Oksman-Caldentey: ”Tein vähän aikaa sitten tilastoa siitä kuinka moni lääkekeksinnöistä on peräisin luonnosta. Luku on 58 % viimeisen 20 vuoden ajalta. Se on aika paljon.” Suomessakin on hänen mukaansa valtavasti kasveja, joista ei vielä tiedetä, mitä ne sisältävät ja ne voivat olla hyviäkin lääkkeiden lähteitä. Esimerkiksi monet eivät varmasti tiedä pihalla kasvavasta koristeellisesta sormustinkukastaan (Digitalis purpurea), kuinka myrkyllinen se on ja että siitä on tehty jo vuosikymmeniä ja edelleen tehdään sydänlääkettä, digoksiinia.
Luontaistuotteiden kanssa on oltava varovainen
Kasvilääkinnällä on pitkät perinteet. Tällä hetkellä luontaistuotteisiin ja erilaisissa kaupoissa myytäviin terveyttä edistäviin tuotteisiin Oksman-Caldentey suhtautuu kuitenkin varovasti. Hän tietää, millaisia myrkkyjä ja yhdisteitä eri kasveissa voi olla ja että niiden varomaton käyttö voi johtaa vakaviin seurauksiin: ”Kyllä kasveista saatavat yhdisteet ovat niitä kaikista myrkyllisimpiä mitä voidaan tehdä. Luonto on aika hyvä kemisti, kun se tekee niin hienoja molekyylejä ”, sanoo Oksman-Caldentey. Hän toteaa, että luontaistuotealueella on paljon huuhaata, jossa tuotteita markkinoidaan olemattomilla ja tutkimattomilla argumenteilla. Sen sijaan monet kansanlääkinnässä käytetyt yhdisteet ovat mielenkiintoisia, ja Oksman-Caldentey kertookin, että niistä on tehty paljon tutkimuksia. Omaehtoisessa kasvilääkinnässä on kuitenkin suuria riskejä, joten hän suosittelee ostamaan rohdosvalmisteet apteekista. Siellä myytävät tuotteet ovat tutkittuja ja turvallisia.
Isokarpalo. Kuva: Jouko Lehmuskallio
Suomalaiset marjat terveyspommeina
Suomalaiset marjat ovat turvallisia ja erittäin terveellisiä. VTT:n erikoistutkija, dosentti Riitta Puupponen-Pimiän johtamassa, vastikään valmistuneessa tutkimuksessa tutkittiin suomalaisia marjoja: lakkaa, vadelmaa, mansikkaa ja mustikkaa. Erilaisista metabolisista- eli aineenvaihduntasairauksista ja ylipainosta kärsiville tutkittaville järjestettiin kahdeksan viikon ajan marjadieetti, jossa heidän tuli syödä 300 grammaa päivässä joko Rubus-marjoja (vadelma, lakka) yhdessä mansikan kanssa tai mustikkaa. Tulokset osoittivat, että marjoilla oli edullisia muutoksia mm. veren kolesteroliarvoihin (vadelma, lakka, mansikka) ja tulehdustiloihin (mustikka). Pakastettaessakaan marjoja niiden hyvät vaikutukset eivät häviä. Suomalaisia marjoja siis todella kannattaa kerätä ja syödä!
Linkkejä
- Marjoja lajiesittelyssä: tyrni, puolukka
- Artikkelissa mainittuja kasvilajeja löytyy myös Suomen luontoa ja lajistoa -sivuiltamme
