Der er meget lang vej til en model, som rummer alle funktioner i kroppen. Men selv om vejen er både lang og brolagt med udfordringer, er et tværfagligt forskningsprojekt lige nu ved at tage de første skridt. Forskerne arbejder på at skabe computermodeller, der simulerer forholdene i et udvalgt hjørne af den menneskelige organisme. En af dem er Bente Steffansen er lektor på Institut for Farmaci og Analytisk Kemi, Det Farmaceutiske Fakultet, Københavns Universitet. Hun forsker i kroppens evne til at optage og omsætte medicin.
Lægemidlets livscyklus
»Man kan sige, at jeg forsker i lægemidlets livscyklus. Hvad sker der med lægemidlet efter indtagelse? Hvordan får vi lægemiddelstoffet frigivet præcis dér i kroppen, hvor det skal virke? Hvordan optages stoffet i organismen - og hvor længe virker det?« forklarer hun.
Sammen med forskere fra Danmarks Tekniske Universitet forsøger Bente Steffansen ved hjælp af kompleks computersimulering at blive bedre til at forudsige lægemiddelstoffernes rejserute over kroppens vævsbarrierer og ud i blodbanen.
X-faktorer
Lægemiddelstoffer, som indtages gennem munden, skal passere tarmvæggen for at nå ud i blodet, der transporterer stoffet hen til virkningsstedet i kroppen. Et komplekst samspil mellem lægemiddelstoffets molekylære egenskaber og de fysiologiske forhold i mave-tarmkanalen afgør, om stoffet sendes ud i blodet eller ej.
\ Fakta
»I dag er det desværre meget svært at spå om et givet lægemiddelstofs skæbne, fordi det er forskelligt fra stof til stof, hvilke faktorer og vekselvirkninger, der er afgørende for succes eller fiasko. Det er de x-faktorer, vi forsøger at forstå,« fortæller hun.
Som et computerspil
Ved udvikling af nye lægemidler er det et stort ønske at blive i stand til at forudsige et lægemiddelstofs evne til at passere tarmvæggen - helst på et tidligt tidspunkt i den lange og kostbare udviklingsproces.
Derfor frembringer forskere computermodeller - eller designer en slags computerspil - som matematisk kan beskrive alle mulige kombinationer af samspil, der over tid kan finde sted mellem et lægemiddelstof indgivet via munden som en tablet og forholdene i mave-tarmkanalen. Målet er at kunne simulere et givet stofs biotilgængelighed, det vil sige i hvilket omfang og med hvilken hastighed, lægemiddelstoffet passerer tarmvæggen og når frem til sit virkningssted.
Tværfaglig ekspertise
En god biosimuleringsmodel kræver, at man har et overordentlig godt kendskab til, hvilke faktorer der er af betydning for lægemiddelstoffernes biotilgængelighed. Derfor er det nødvendigt, at mange forskellige eksperter bidrager med viden.
Det er netop hensigten med det europæiske biosimuleringsnetværk, BIOSIM, som består af en lang række forskere fra universiteter og virksomheder i Europa. Netværket ledes af den danske fysikprofessor Erik Mosekilde fra Danmarks Tekniske Universitet.
Eksperimenter med transport
»På Det Farmaceutiske Fakultet har vi i mange år arbejdet eksperimentelt med at finde ud af, hvordan såkaldte membrantransportører i tarmvæggen påvirker lægemiddelstoffers optagelse og biotilgængelighed. Transportørerne er placeret i tarmcellevæggen, og deres biologiske funktion er at bidrage til optagelsen af næringsstoffer fra tarmvæsken til blodet. Desuden holder transportørerne regnskab med, hvilke stoffer der kan få adgang til blodet - sådan at stoffer, som kroppen ikke tåler, smides tilbage til tarmen, hvor de udskilles med afføringen,« fortæller Bente Steffansen.
Antallet af transportører i tarmen er ikke konstant over tid, men kan opreguleres og nedreguleres, hvilket for eksempel kan være hormonelt styret. »De resultater, vi har opnået gennem biologiske eksperimenter, lægges ind i et kompliceret biosimuleringsprogram, som indeholder informationer om andre faktorers indflydelse på optagelse og biotilgængelighed, Og så kan vi forhåbentlig i fremtiden udvikle mere sikre lægemiddelstoffer både hurtigere og billigere,« siger Bente Steffansen.
Gyngende grund
Hun lægger ikke skjul på, at det har været vanskeligt at få et frugtbart samarbejde op at stå - tværfagligheden er en styrke, men i begyndelsen skulle forskerne kæmpe for at finde et fælles sprog:
Computermodellen kobler ekstremt avanceret matematik med biologiske eksperimenter - og i begyndelsen var det vanskeligt at få de to udgangspunkter til at harmonere. Det handler om at turde give slip. Alle forskere i netværket er på usikker grund. Vi gør tillidsfuldt brug af andres forskning - ekspertise som vi grundlæggende ikke helt forstår, fordi vi kommer fra vidt forskellige videnskabelige felter
Lektor Bente Steffansen
»Computermodellen kobler ekstremt avanceret matematik med biologiske eksperimenter - og i begyndelsen var det vanskeligt at få de to udgangspunkter til at harmonere. Det handler om at turde give slip. Alle forskere i netværket er på usikker grund. Vi gør tillidsfuldt brug af andres forskning - ekspertise som vi grundlæggende ikke helt forstår, fordi vi kommer fra vidt forskellige videnskabelige felter. På sin vis handler det om at udfordre videnskabens grænser, bevæge sig ud på gyngende grund ved at skabe en kompliceret model af et lille hjørne af virkeligheden,« slutter Bente Steffansen.
Samspil mellem faktorer - og vejen til succes
Princippet i biosimuleringsmodeller om lægemiddeloptagelse kan sammenlignes med computerspillet Sims.
Ved at spille Sims får man et godt indtryk af, hvilke faktorer og samspil mellem disse der giver en Sims-familie succes - det kan være faktorer som karrieremuligheder, familieplanlægning og forbrug. V
ed at bruge biosimuleringsmodeller om lægemiddeloptagelse får man et godt indtryk af, hvad der skal til for at designe et lægemiddelstof, som kan optages med succes.
Lavet i samarbejde med Det Farmaceutiske Fakultet ved Københavns Universitet
