Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.
Slik vil forskerne lage cellegift med superkrefter
I fremtidens kreftbehandling kan radioaktive stoffer som legger seg helt inntil kreftcellens DNA, bli en realitet. De stråler DNAet i stykker, mens friske naboceller overlever.
I over hundre år har leger brukt stråling for å ta knekken på kreftceller.(Foto: Dr. Cecil Fox / Wikimedia commons)
Det er lett å forbinde ordet radioaktiv med noe som er uhyggelig og farlig. Som atombomber eller ulykker ved kjernekraftverk.
Men for forsker Hannah Ekeberg ved Norsk nukleært forskningssenter innebærer radioaktiv stråling en mulighet til å kurere sykdom og redde liv.
Hun forsker på Meitner-Auger-emittere. Det er en type partikkelstråling med svært lav energi og ekstremt kort rekkevidde.
– Disse er ikke i medisinsk bruk i dag, men det ser lovende ut fordi strålingen har så vanvittig kort rekkevidde. Mindre enn cellen selv, forteller Ekeberg.
Augereffekt
Augereffekt er en effekt innen kvantefysikk. Den består av at elektroner i et atom bytter energitilstand uten å sende ut elektromagnetisk stråling, men ved å i stedet sende ut elektroner. Effekten ble oppdaget av Lise Meitner i 1922.
Augereffekten er oppkalt etter Pierre Auger, som eksperimentelt målte denne effekten i 1923. Selv om effekten først ble oppdaget av Lise Meitner i 1922, er den oppkalt etter Auger, som utførte systematiske studier av effekten i årene rett etter dens oppdagelse.
Kilde: SNL
I over hundre år har leger brukt stråling for å ta knekken på kreftsvulster. Den vanligste metoden er at de retter røntgenstråler mot området på kroppen der svulsten befinner seg.
Strålingen består vanligvis av fotoner, som er partikler med veldig høy energi. De trenger inn i kroppen og skader DNAet i cellene.
Siden kreftceller ikke er like flinke som friske celler til å reparere slike skader, kan de dø eller slutte å dele seg. Slik kan man hindre at svulsten vokser og til og med få den til å krympe.
Presisjon på cellenivå
Med målrettede radioaktive legemidler skjer derimot strålingen fra innsiden av kroppen.
Bitte små radioaktive partikler fraktes med blodet og helst helt inntil der hvor svulsten befinner seg. Så avgir de en passe sterk stråledose slik at kreftcellene ødelegges, mens det friske vevet rundt får minimalt med stråling.
– For stråling med kort nok rekkevidde, som Meitner-Auger-emittere, vil alle andre celler i prinsippet være upåvirket, sier Ekeberg.
Å bruke radioaktive stoffer til innvendig behandling er ikke nytt.
Radionukliden Jod-131 har blitt brukt i årtier mot skjoldbruskkjertelkreft. Lutetium-177 brukes mot såkalte nevroendokrine svulster. Det er kreft som oppstår i celler som produserer hormoner.
Disse nuklidene avgir betapartikler, eller elektroner, som kan bevege seg og gjøre skade over flere millimeter.
I 2013 kom det banebrytende norske legemiddelet Xofigo. Det brukes i behandling av prostatakreft med spredning til skjelettet.
Xofigo inneholder radionukliden radium-223, som avgir alfa-partikler.
Disse er tyngre enn betapartiklene, og når de beveger seg gjennom vevet, vil de lettere kollidere med atomer og molekyler. Dermed mister de raskt energien.
Til gjengjeld gjør de stor skade langs den korte banen.
Annonse
Muligheten til å bidra til utvikling av nye kreftmedisiner førte Hannah Ekeberg til kjernefysikken. Her står hun og veileder Andrew Voyles fra Universitetet i California, Berkeley, foran en syklotron.(Foto: Privat)
Slik virker en syklotron
En syklotron er en partikkelakselerator brukt til å akselerere ladete partikler i en spiralbane utover fra sentrum i et sylindrisk vakuumrør.
Spiralbanen er styrt av et statisk magnetfelt laget av to elektromagneter på hver side, normalt plassert på det horisontale vakuumrøret. Akselerasjonen gis via et raskt skiftende elektrisk felt, oscillerende i radiofrekvens.
Oscillerende betyr at noe beveger seg regelmessig frem og tilbake, svinger eller varierer mellom to tilstander.
Protonene blir laget fra ionisert hydrogengass. Hvis atomkjerner til et grunnstoff blir bombardert med protoner med høy hastigheten fra den spiralformete banen så kan massen endres og de blir transformert til isotoper av andre grunnstoffer.
Sannsynligheten for at et proton skal trenge inn i atomkjernen øker med partikkelhastigheten.
Meitner-Auger-emittere, som platina-isotopen Pt-193m, gir derimot fra seg partikler med enda kortere rekkevidde enn alfa-partikler.
Klarer legene å plassere et slikt stoff helt inntil kjernen i kreftcellen, kan pasientene få en ekstremt målrettet behandling.
– Derfor ser vi på cellegiften cisplatin som et potensielt molekyl som kan frakte det radioaktive stoffet til kreftcellene. Cisplatin inneholder allerede stabilt platina som kan erstattes med Pt-193m. Cellegiften vil kunne bringe med seg radionukliden helt fram til DNAet i kreftcellen og binde det der, sier Ekeberg.
Målet er lavere cellegiftdoser og mindre alvorlige bivirkninger. Men først må forskerne finne en effektiv måte å produsere radionukliden på.
– Vi ønsker å optimalisere produksjonen. Vi vil ha mest mulig av det aktive stoffet og så lite som mulig av andre isotoper av platina, sier Ekeberg.
Her kan det kanskje være greit å vite hva en isotop er. Kjernefysiker Ekeberg forklarer:
– Hvilket grunnstoff vi har, bestemmes av antall protoner i atomkjernen. Men du har også nøytroner i kjernen, og antallet nøytroner avgjør hvilken isotop du har. Så ett grunnstoff, som har et visst antall protoner, kan ha flere isotoper, som da har forskjellig nøytrontall.
Kaskade av elektroner
Noen av disse isotopene er stabile. De henfaller ikke, som kjernefysikerne sier. De blir ikke til noe annet.
– Men en radioaktivt isotop, den er liksom ikke helt fornøyd. Den ønsker å bli mer stabil. Så den henfaller, den sender ut stråling, og blir til noe annet, forklarer forskeren.
De kan stråle ut partikler – som alfa- og betastråling.
Annonse
– Eller de kan stråle ut fotoner – da heter det gammastråling. Noen ganger kan henfallet forstyrre elektroner rundt atomkjernen, og vi kan få en kaskade av elektroner med lav energi og kort rekkevidde. Dette er Meitner-Auger-elektroner.
For å lage den radioaktive platina-isotopen, bruker Ekeberg tynne folier av metallet iridium.
– De plasseres etter hverandre og så bombarderer vi dem med høyenergiske partikler. Det kan være protoner eller alfa-partikler, mye forskjellig egentlig. I mine forsøk har vi brukt deuterium.
Deuterium er en stabil isotop av hydrogen og består av et proton og et nøytron. I kjernefysisk forskning fungerer deuterium-partikler som prosjektiler for å frembringe kjernereaksjoner.
– Partikkelen vil da reagere med målisotopen. En av prosessene som skjer da, er at vi får masse overskuddsenergi inni den kjernen. For at den skal få til å stabilisere seg igjen, vil den sende ut partikler. For eksempel nøytroner eller protoner eller alfa-partikler. Så du har en partikkel inn og noen partikler ut.
Tynne metallfolier plasseres etter hverandre i en beholder som holder foliene på plass under bestrålingen i syklotronen.(Foto: Privat)
Beholderen plasseres i syklotronens strålerør, der de vil bli bombardert av deuterium. Det er høyenergetiske partikler av hydrogen. Deuterium-partiklene går gjennom åpningen og gjennom hele stabelen av folie til de til slutt stanser opp. Bombarderingen fører til kjernereaksjoner i metallfoliene og dannelse av radioaktive isotoper.(Foto: Privat)
Dette er det første trinnet mot en bedre kreftbehandling
I praksis vil forskerne da få laget ganske mye forskjellig avhengig av hvor mange partikler som sendes ut fra kjernen til målisotopen.
I dette tilfellet atomene i iridiumfoliene.
– Dette er avhengig av den energien som det inngående deuteriumet har, forklarer Ekeberg.
For hver folie av iridium deuteriumet passerer, vil energien være litt lavere. Slik får forskerne veldig mange ulike målinger i ett og samme eksperiment.
Målet er å finne det energivinduet som gir mest av akkurat den isotopen de ønsker seg og som kan brukes i kreftbehandling og minst av de andre ubrukelige variantene.
Nylig kunne Ekeberg vise fram resultatene i det vitenskapelige tidsskriftet Applied Radiation and Isotopes.
Annonse
– Dette er første trinnet for å se på om dette er noe som kan produseres. Nå som vi har funnet dette energivinduet, vil neste trinn være å skalere opp selve produksjonen.
Deretter må forskerne finne ut hvordan de kan separere ut isotopen kjemisk og binde den til cellegiften. Og hvor store doser må til? Hva vil rekkevidden til strålingen være?
– Alt dette vil ta lang tid. Men motivasjonen er at det har et potensiale i kreftmedisin. Samtidig som vi bidrar med data generelt til den kjernefysiske forskningen, sier Ekeberg.
