Γιατί οι επιστήμονες αναζητούν στον ωκεανό νέα φάρμακα
Καθώς οι ιατρικοί ερευνητές συνεχίζουν τις προσπάθειές τους για βελτίωση της ανθρώπινης υγείας, ορισμένοι στρέφουν την προσοχή τους στον ωκεανό επειδή πιστεύουν ότι οι θάλασσες της Γης μπορεί να φιλοξενούν νέα χημεία που καταπολεμούν τις ασθένειες.
Οι ωκεανοί καλύπτουν περισσότερα από τα δύο τρίτα της Γης. Καθώς η παροιμία πηγαίνει, γνωρίζουμε περισσότερα για την επιφάνεια του φεγγαριού από ό, τι για τον πυθμένα του ωκεανού.
Η ικανότητα της θάλασσας να μεταβαίνει από τη σκοτεινή, εκρηκτική οργή σε μια γαλήνια, κρυστάλλινη ηρεμία έχει τρομοκρατήσει και εξαπατήσει την ανθρωπότητα από την πρώτη φορά που επισκεφτήκαμε την παραλία.
Δεδομένης της απέραντης, ανεκμετάλλευτης φύσης των ωκεανών της Γης, είναι λογικό να βυθίζονται τα βάθη τους στο κυνήγι για νέες και καινοτόμες θεραπείες.
Τα θαλάσσια ζώα, τα φυτά και τα μικρόβια έχουν αναπτύξει ένα μοναδικό χαρτοφυλάκιο χημικών για να αμυνθούν και να βοηθήσουν στην επικοινωνία. Οι επιστήμονες επιθυμούν να μάθουν περισσότερα για αυτές τις νέες ενώσεις.
Γιατί να κοιτάξετε στη θάλασσα;
Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους η ζωή στη θάλασσα έχει αναπτύξει μια ξεχωριστή επιλογή μορίων. Για παράδειγμα, τα ζώα που είναι αγκυροβολημένα στο πάτωμα και δεν διαθέτουν επένδυση θωράκισης, όπως σφουγγάρια και κοράλλια, πρέπει να βρουν άλλους τρόπους για να αμυνθούν. Σε πολλές περιπτώσεις, οι χημικές ουσίες είναι το όπλο επιλογής τους.
Επιπλέον, τα θαλάσσια πλάσματα τείνουν να έχουν σχετικά πρωτόγονα ανοσοποιητικά συστήματα, και μερικά ζουν σε πολυσύχναστους βιότοπους, όπως οι κοραλλιογενείς ύφαλοι, όπου η άμυνα είναι μια εργασία πλήρους απασχόλησης.
Ταυτόχρονα, οι οργανισμοί στον ωκεανό πρέπει να προσελκύσουν ορισμένους οργανισμούς και να απωθήσουν άλλους. Πρέπει επίσης να συντονίσουν την αναπαραγωγή συγχρονίζοντας την απελευθέρωση αυγών και σπέρματος στο περιβάλλον. Όλα αυτά απαιτούν ενεργά βιολογικά μόρια.
Τα ζώα και τα φυτά που κατοικούν στον ωκεανό κάθονται και κολυμπούν σε ένα λουτρό βακτηρίων, μυκήτων και άλλων οργανισμών που σκοπεύουν να τα μετατρέψουν σε γεύμα ή σπίτι.
Αυτή η ποικιλία των απειλών ανάγκασε την εξέλιξη να προκαλέσει ολοένα και πιο περίπλοκες χημικές μάχες. Μερικές από τις προκύπτουσες ενώσεις μπορεί να είναι χρήσιμες για τον πόλεμο κατά της νόσου.
«Σκεφτείτε […] τον παγκόσμιο κανιβαλισμό της θάλασσας. όλα τα πλάσματα του οποίου κυνηγούν ο ένας τον άλλο, συνεχίζοντας τον αιώνιο πόλεμο από τότε που ξεκίνησε ο κόσμος. "
Herman Melville, Moby Dick
Αρχαίες θάλασσες
Η γοητεία των ιατρικών ερευνητών με τη θάλασσα δεν είναι κάτι νέο. Η πρώτη απόδειξη ότι οι άνθρωποι χρησιμοποιούν φάρμακα από τον ωκεανό προέρχονται από την Κίνα το 2953 π.Χ. Κατά τη διάρκεια της βασιλείας του αυτοκράτορα Φου Χσι, υπήρχε φόρος στα κέρδη που προέρχονταν από φάρμακα που προέρχονταν από ψάρια.
Πηγαίνοντας προς τα εμπρός μερικές χιλιάδες χρόνια στη δεκαετία του 1950, ένας οργανικός χημικός που ονομάζεται Werner Bergmann απομόνωσε έναν αριθμό νουκλεοσιδίων από ένα είδος σφουγγαριού καραϊβικής που ονομάζεται Cryptotethya crypta.
Αυτές οι χημικές ουσίες ενέπνευσαν τη δημιουργία μιας νέας γενιάς φαρμάκων, με επιστήμονες να αντλούν δύο φάρμακα που ονομάζονται Ara-A και Ara-C από αυτά τα νουκλεοσίδια. Οι γιατροί χρησιμοποιούν το Ara-A για τη θεραπεία λοιμώξεων από έρπητα και το Ara-C για τη θεραπεία της οξείας μυελογενής λευχαιμίας και του μη-Hodgkin λεμφώματος.
Τα τελευταία χρόνια, η προμήθεια ναρκωτικών από τον ωκεανό γνώρισε μια επανεμφάνιση ενδιαφέροντος. Παρακάτω, παρέχουμε μερικά πρόσφατα παραδείγματα.
Τοξίνες θαλάσσιου σαλιγκαριού
Conus magus είναι ένα δηλητηριώδες θαλάσσιο σαλιγκάρι του οποίου το μικρό μέγεθος και το διακοσμητικό κέλυφος πιστεύουν τη θανατηφόρα σουίτα νευροτοξινών.
Αυτή η μάρκα χημικών όπλων του ασπόνδυλου είναι κονοτοξίνες - μια πολύ μεταβλητή οικογένεια δηλητηρίων που, αν και το σαλιγκάρι τα χρησιμοποιεί για να σκοτώσει τα ψάρια, είναι περισσότερο από ικανά να σκοτώσουν έναν άνθρωπο.
Υπάρχουν εκατοντάδες άλλα είδη σαλιγκαριού κώνου, συμπεριλαμβανομένου του κώνου γεωγραφίας. Μερικές φορές οι άνθρωποι αναφέρονται σε αυτό το μαλάκιο ως σαλιγκάρι τσιγάρου, επειδή, μετά τον εξωραϊσμό, έχετε μόνο αρκετό χρόνο να καπνίσετε ένα τσιγάρο πριν πεθάνετε.
Η ζικονοτίδη είναι μια συνθετική έκδοση της κωνοτοξίνης που λειτουργεί ως ανακουφιστική του πόνου και είναι 1.000 φορές πιο ισχυρή από τη μορφίνη. Οι άνθρωποι μπορεί να το πάρουν για να θεραπεύσουν χρόνιο πόνο που προκύπτει από καταστάσεις όπως ο καρκίνος, ο ιός HIV του σταδίου 3 και ορισμένες νευρολογικές διαταραχές.
Είναι σημαντικό, όπως γράφει ένας συγγραφέας, «η παρατεταμένη χορήγηση ζικονοτίδης δεν οδηγεί στην ανάπτυξη εθισμού ή ανοχής».
Ωστόσο, επειδή το ziconotide λειτουργεί μόνο εάν οι επαγγελματίες του τομέα υγειονομικής περίθαλψης το παραδίδουν απευθείας στο νωτιαίο υγρό (ενδορραχιαία), το χρησιμοποιούν μόνο όταν άλλες θεραπείες έχουν αποτύχει ή δεν είναι βιώσιμες.
Θεραπείες καρκίνου από τα κύματα
Παρά τα χρόνια της έρευνας, ο καρκίνος εξακολουθεί να αποδεικνύεται ένα σκληρό καρύδι για να σπάσει. Αν και η θεραπεία έχει βελτιωθεί σε μεγάλο βαθμό, οι επιστήμονες επιθυμούν να πάρουν τα χέρια τους σε νέες βιοδραστικές χημικές ουσίες που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον αγώνα. Μερικοί ερευνητές καρκίνου βυθίζουν τα δάχτυλα των ποδιών τους στον ωκεανό.
Πιο πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών διερεύνησαν μόρια που είχαν εξαγάγει από λαμπρέες - ένα σαγόνι, παρασιτικό ψάρι με αρχαίο γενεαλογικό. Συγκεκριμένα, ενδιαφερόταν για τους λεγόμενους μεταβλητούς υποδοχείς λεμφοκυττάρων (VLR).
Τα VLR στοχεύουν την εξωκυτταρική μήτρα (ECM), η οποία είναι ένα δίκτυο μορίων που τρέχει μεταξύ των κυττάρων. Η ECM εκτελεί ποικίλους ρόλους στο σώμα. Για παράδειγμα, παρέχει δομική υποστήριξη για ιστούς, βοηθά τα κύτταρα και τους ιστούς να συνδέονται μεταξύ τους και βοηθά στην επικοινωνία μεταξύ κυττάρων και κυττάρων.
Καθώς οι VLR στοχεύουν στην ECM, οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως μουλάρια φαρμάκων που μπορούν να μεταφέρουν χημικά μέσω του φυσιολογικά αδιαπέρατου φραγμού αίματος-εγκεφάλου και κατευθείαν στον εγκέφαλο.
Θεωρούν ότι εάν τα VLR μπορούν να παρακάμψουν το φράγμα αίματος-εγκεφάλου - ένα εμπόδιο στα περισσότερα φάρμακα - μπορεί να είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν ορισμένες καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του εγκεφάλου και του εγκεφαλικού, πιο αποτελεσματικά. Η προκαταρκτική τους εργασία σε ένα μοντέλο ποντικιού παρήγαγε ενθαρρυντικά αποτελέσματα.
Το θαύμα των σφουγγαριών
Τα σφουγγάρια έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους ερευνητές ναρκωτικών. Στην πραγματικότητα, οι συγγραφείς μιας κριτικής σχετικά με το θέμα μάλιστα τους αναφέρουν ως «σπίτι θησαυρών ναρκωτικών». Γράφουν:
«Κάθε χρόνο, περίπου 5.300 διαφορετικά φυσικά προϊόντα και νέες ενώσεις έχουν απομονωθεί από θαλάσσια σφουγγάρια. […] Τέτοιες ενώσεις αποδείχτηκαν ότι έχουν αντιβακτηριακή, αντιική, αντιμυκητιακή, ανθελονοσιακή, αντικαρκινική, ανοσοκατασταλτική και καρδιαγγειακή δραστηριότητα. "
Το σφουγγάρι Χαλιχόνδρια okadai είναι υπεύθυνη για την παραγωγή μιας χημικής ουσίας νότας, την οποία οι ερευνητές έχουν αντιγράψει και μετονομάσει σε eribulin.
Σε μια μελέτη του 2010 στην οποία συμμετείχαν γυναίκες με καρκίνο του μαστού που είχαν μετασταθεί, η ένωση επέκτεινε τη διάρκεια ζωής των συμμετεχόντων. Εκείνη την εποχή, ο συγγραφέας καθηγητής Christopher Twelves σημείωσε ότι, ελπίζουμε ότι, «τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να καθιερώσουν την εριβουλίνη ως μια νέα, αποτελεσματική θεραπεία για γυναίκες με μεταστατικό καρκίνο του μαστού στα τέλη του σταδίου».
Θαλάσσια βακτήρια
Άλλοι επιστήμονες έχουν εξετάσει μια ένωση που ονομάζεται σερικινινόνη από Serinicoccus, ένα σπάνιο γένος θαλάσσιων βακτηρίων. Οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι αυτή η χημική ουσία μπορεί να καταστρέψει επιλεκτικά καρκινικά κύτταρα μελανώματος στο εργαστήριο.
Παρόλο που η σερινικινόνη απέχει πολύ από το να είναι έτοιμη για χρήση στον άνθρωπο, μια μελέτη από τον Φεβρουάριο του 2019 μας κάνει ένα βήμα πιο κοντά. Οι επιστήμονες εντόπισαν τα τμήματα του μορίου που παρέχουν τις δυνάμεις του κατά του καρκίνου.
Αν και θα χρειαστεί πολύ περισσότερη χημική μηχανική και εκτεταμένες κλινικές δοκιμές, οι συγγραφείς πιστεύουν ότι "[o] verall, αυτές οι μελέτες υποδηλώνουν ότι είναι εφικτό ο σχεδιασμός παραγώγων σερικινινόνης ειδικά για το μελάνωμα με ιδιότητες που μοιάζουν με φάρμακα."
Ένα φάρμακο που έχει ήδη τρέξει το γάντι κλινικών δοκιμών και το έχει κάνει κοινή χρήση είναι η τραβεκτεδίνη, γνωστή με το εμπορικό σήμα Yondelis. Οι κατασκευαστές αντλούν αυτό το φάρμακο από εκχύλισμα Ecteinascidia, κοινώς αποκαλούμενο θαλάσσιο ψεκασμό, το οποίο είναι ένα θαλάσσιο ασπόνδυλο που μοιάζει με σάκο.
Οι ερευνητές εντόπισαν για πρώτη φορά τις αντικαρκινικές ιδιότητες του εκχυλίσματος θαλάσσιου ψεκασμού στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και, μετά από εκτεταμένη έρευνα, οι ερευνητές βρήκαν τώρα έναν τρόπο να το συνθέσουν και να το παράγουν σε μεγαλύτερες ποσότητες.
Το Yondelis ήταν το προϊόν αυτής της εργασίας και τώρα έχει την έγκριση για τη θεραπεία του σαρκώματος μαλακών μορίων στη Ρωσία, την Ευρώπη και τη Νότια Κορέα. Οι επιστήμονες το δοκιμάζουν επίσης για χρήση έναντι άλλων καρκίνων, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του προστάτη και του μαστού.
Αντιβιοτική αντίσταση
Η απειλή της αντοχής στα αντιβιοτικά σπάνια αφήνει την πρώτη γραμμή στο μυαλό των ιατρικών ερευνητών. Ένας αυξανόμενος αριθμός παθογόνων γίνεται αδιαπέραστη από τα σύγχρονα αντιβιοτικά. Αυτή η έλλειψη ευαισθησίας τους καθιστά πολύ πιο δύσκολες στη θεραπεία και, ως εκ τούτου, είναι πολύ πιο επικίνδυνος.
Σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC), η αντοχή στα αντιβιοτικά είναι «μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για τη δημόσια υγεία της εποχής μας».
Η αναζήτηση συνεχίζεται για νέες ενώσεις που μπορούν να καλύψουν τα αυξανόμενα κενά που έχουν απομείνει αναποτελεσματικά αντιβιοτικά.
Μερικοί άνθρωποι σε αυτήν την αποστολή έχουν στραφεί στη θάλασσα και μια ομάδα έχει επικεντρωθεί στο ψάρι - το επίστρωμα που καλύπτει ορισμένα είδη.
Αυτή η λάσπη δουλεύει σκληρά για να καταστρέψει τα παθογόνα στο θαλάσσιο περιβάλλον, οπότε ορισμένοι επιστήμονες αναρωτιούνται αν μπορεί να βοηθήσει στην καταπολέμηση των επίγειων παθογόνων.
Ερευνητές από το California State University στο Fullerton και το Oregon State University στο Corvallis κατάφεραν να απομονώσουν 47 διαφορετικά στελέχη βακτηρίων από τη βλέννα. Αυξήθηκαν αυτά τα βακτήρια και τα μείωσαν σε χημικό εκχύλισμα.
Στη συνέχεια, δοκίμασαν αυτό το εκχύλισμα έναντι άλλων παθογόνων και διαπίστωσαν ότι πέντε από τα βακτηριακά στελέχη ήταν πολύ αποτελεσματικά έναντι ανθεκτικών στη μεθικιλλίνη Η ασθένεια του σταφυλοκοκου (MRSA), ενώ τρεις ήταν αποτελεσματικοί κατά Candida albicans.
Παρουσίασαν τα προκαταρκτικά τους ευρήματα στην Εθνική Συνάντηση & Έκθεση της Αμερικάνικης Χημικής Εταιρείας Άνοιξη 2019.
Μια άλλη μελέτη, η οποία εμφανίστηκε στο Σύνορα στη Μικροβιολογία, εξετάστηκε Laminaria ochroleuca, ένα είδος φυκιών που τυχαίνει να είναι μια πλούσια πηγή Actinobacteria.
Τα ακτινοβακτήρια είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα για ιατρικούς ερευνητές. Όπως εξηγούν οι συγγραφείς της μελέτης, «οι βιοδραστικές δραστηριότητες που αναφέρονται από ακτινοβακτηριακά [φυσικά προϊόντα] περιλαμβάνουν αντιβακτηριακές, αντιμυκητιακές, αντικαρκινικές, αντικαρκινικές, αντιφλεγμονώδεις, αντιικές, κυτταροτοξικές και ανοσοκατασταλτικές δραστηριότητες».
Μερικά από τα ακτινοβακτηριακά εκχυλίσματα ήταν αποτελεσματικά κατά Γ. Αλμπικά και S. aureus. Είναι ενδιαφέρον, σύμφωνα με την ανώτερη συγγραφέα Dr. Maria de Fátima Carvalho, "επτά από τα εκχυλίσματα ανέστειλαν την ανάπτυξη καρκίνου του μαστού και ιδιαίτερα των νευρικών κυττάρων, ενώ δεν είχαν καμία επίδραση στα μη καρκινικά κύτταρα."
Αντιμυκητιακή αντοχή
Παράλληλα με το ζήτημα της αντοχής στα αντιβιοτικά είναι το παράλληλο πρόβλημα της αντιμυκητιασικής αντοχής: φάρμακα που σκοτώνουν μύκητες χάνουν επίσης τα δόντια τους. Μερικοί ελπίζουν ότι τα θαλάσσια σφουγγάρια θα μπορούσαν να βοηθήσουν.
Για παράδειγμα, η έρευνα έδειξε ότι τα χημικά εκχυλίσματα από το Τζάσπις τα είδη σφουγγαριών ήταν αποτελεσματικά κατά Γ. Αλμπικά σε ένα μοντέλο ποντικιού.
Ομοίως, μια μελέτη διαπίστωσε ότι οι ευρυστερόλες Α και Β, δύο χημικές ουσίες από ένα σφουγγάρι του γένους Euryspongia, «Εμφάνισε αντιμυκητιασική δράση έναντι στελεχών ανθεκτικών στην αμφοτερικίνη Β και άγριου τύπου [Γ. Albicans]" Σκότωσαν επίσης ανθρώπινα κύτταρα καρκινώματος του παχέος εντέρου στο εργαστήριο.
Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν περίπου 1.000 νέες ενώσεις στους ωκεανούς κάθε χρόνο. Όπως εξηγεί ένας συγγραφέας, «συχνά χαρακτηρίζονται από δομική καινοτομία, πολυπλοκότητα και ποικιλομορφία».
Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολύ λίγες ενώσεις που προέρχονται από τη θάλασσα και παίζουν ρόλο στη θεραπεία της νόσου. Γιατί δεν χρησιμοποιούμε περισσότερες από αυτές τις νέες χημικές ουσίες;
Το χάσμα μεταξύ χημικών και κλινικών
Πρώτον, όπως συμβαίνει με οποιοδήποτε πειραματικό φάρμακο, υπάρχει ένα μεγάλο άλμα ανάμεσα σε ένα πιάτο καλλιέργειας σε ένα εργαστήριο και έναν ασθενή. Σε ένα ζωντανό πλάσμα, τα ναρκωτικά δεν ανταποκρίνονται πάντα με τον τρόπο που περιμένουν οι επιστήμονες.
Δεύτερον, πολλά φάρμακα έχουν τοξικές παρενέργειες που τα καθιστούν άχρηστα. Κανένα από αυτά τα προβλήματα δεν είναι αδιέξοδο, καθώς οι φαρμακολόγοι και οι χημικοί μπορούν να τροποποιήσουν μόρια ή να σχεδιάσουν παρόμοιες χημικές ουσίες, αλλά αυτό είναι χρονοβόρο.
Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα είναι η παραγωγή επαρκών ποσοτήτων χημικών που προέρχονται από τη θάλασσα. Πολλά από τα είδη είτε δεν μπορούν να επιβιώσουν σε αιχμαλωσία ή απαιτούν πολύ συγκεκριμένα, δύσκολα συντηρούμενα περιβάλλοντα. Και πάλι, αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες πρέπει να βρουν τρόπους για να αναπαράγουν τα μόρια που μας ενδιαφέρουν, που είναι μια μακρά και περίπλοκη πορεία.
Μιλώντας για αυτά τα θέματα, οι συγγραφείς μιας κριτικής γράφουν ότι «θα πρέπει να αντέξει η δύναμη της οργανικής σύνθεσης και της φαρμακευτικής χημείας». Αυτά είναι τεχνικά, ακριβά στεφάνια για να περάσετε.
Συμπερασματικά, παρόλο που φαίνεται να υπάρχει μεγάλη υπόσχεση στις θάλασσες του πλανήτη, πολλές από τις πιθανές λεωφόρους είναι μεγάλες και άνετες και δεν θα υπάρξουν γρήγορες νίκες.
Καθώς οι άνθρωποι συσσωρεύουν αυξανόμενη πίεση στα θαλάσσια οικοσυστήματα, οι ανησυχίες για την υγεία των ωκεανών μας φτάνουν στον πυρετό. Ίσως τα πιθανά φάρμακα του μέλλοντος να εξαφανιστούν προτού οι επιστήμονες έχουν την ευκαιρία να τα συγκομίσουν.
