Et kamera af lys kan følge medicin under huden

En læge sætter nålen mod huden og injicerer en væske. Kort efter danner den under huden et lille fast depot, som langsomt frigiver medicin til kroppen.

Hidtil har der ikke været nogen måde at afsløre selve implantatets kemiske dannelsesproces eller at følge, hvordan medicinen blev frigivet. Med ultralyd kan man godt se implantatet som struktur under huden, men ikke hvad der sker med lægemidlet indeni. Det problem ser et dansk-australsk forskerhold nu ud til at have fundet en løsning på: en optisk teknik, der måler spredt lys og dermed kan følge både implantatets dannelse og medicinens frigivelse i realtid.

I spidsen for studiet står Andrea Heinz, der er lektor ved Institut for Farmaci, Københavns Universitet, hvor hun leder forskning i hudlægemidler ved LEO Foundation Center for Cutaneous Drug Delivery, og hendes projektstuderende Maximilian Rath, som har udført alt eksperimentelt arbejde. Andrea Heinz glæder sig over, at hun og hendes team har dokumenteret, at metoden præcist og smertefrit kan tjekke, at implantatet fungerer efter hensigten.

"Vi har for første gang vist, at det er muligt at følge to helt centrale processer i realtid – hvordan implantatet dannes, og hvordan medicinen frigives," siger Andrea Heinz og fortsætter: "Det betyder, at vi kan dokumentere lægemidlers opførsel under huden uden at skade vævet, og det skaber mulighed for både bedre forskning, bedre og mere sikker behandling og i sidste ende bedre dokumentation for effekt."

Gamle metoder ødelagde vævet – den nye kan se igennem det

Andrea Heinz har i mange år forsket i lægemiddelformer, der virker på eller i huden. Hun har undersøgt innovative geler, som smøres på huden, og plastre, der frigiver medicin over tid. I arbejdet med de disse formuleringer har hun løbende søgt efter nye metoder til at måle, hvordan medicinen trænger ind i huden. Men hun stødte gang på gang på de samme begrænsninger. De eksisterende målemetoder var enten for overfladiske eller for voldsomme. De kunne ikke bruges til at måle, hvad der foregår i dybereliggende væv uden at skade huden. Og det satte en naturlig stopper for mange idéer, fortæller hun.

I samme periode begyndte flere forskningsmiljøer og medicinalfirmaer at interessere sig for en ny type depotformulering, hvor en væske injiceres i vævet og derefter størkner til et fast implantat. Disse implantater kan frigive medicin over længere tid og på en meget kontrolleret måde. De giver mulighed for skånsom behandling, hvor patienten slipper for daglig medicinering. Man kunne godt se implantaterne med ultralyd, men man kunne ikke måle, hvordan medicinen faktisk blev frigivet. For at undersøge frigivelsesprocessen måtte man stadig ty til indgreb, der var til gene for patienten.

Det var den udfordring, der tændte noget i Andrea Heinz og hendes team. De ville finde en metode, der kunne måle de biologiske processer under huden uden at ødelægge noget. Forskerne fandt løsningen i en optisk metode kaldet SORS. Den virker lidt som et kamera, der kan se igennem huden uden at skære i den. Teknikken er egentlig velkendt, men det nye var at bruge den til at følge, hvordan et lægemiddel-depot dannes og frigiver medicin i kroppen. Målet var at vise, at det helt uden kirurgiske indgreb kunne lade sig gøre at monitorere, hvordan implantatet opstår og frigiver lægemidlet.

Sådan viste grisehud vejen til gennembruddet

Forsøget blev udført på grisehud, som på mange måder ligner menneskehud i struktur og tykkelse. Forskerne brugte de to modellægemiddelstoffer, 4-cyanophenol og retinoinsyre, der begge blev indlejret i en flydende polymerformulering, som størkner ved kontakt med vævet. Væskerne blev injiceret og begyndte straks at danne faste depoter under huden.

For at kunne se, hvad der sker i de dybere lag af huden, brugte forskerne den nye lovende teknik. Forskerne brugte en laser på præcis 785 nanometer – en bølgelængde i det røde synlige spektrum. Den er skånsom for vævet men samtidig kraftig nok til at give et tydeligt signal. Lyset blev sendt ind i huden ét sted og opsamlet et forskudt sted. Det trick gør det muligt at “indstille fokus” i forskellige dybder af huden, lidt som at dreje på linsen i et kamera. Dermed kan man vælge præcis at måle i det område, hvor implantatet dannes og medicinen frigives.

Det svarer lidt til at justere fokus på et kamera, så man kan se lagene under overfladen. Laserlyset har den fordel at ligge i den synlige del af spektret med en specifik bølgelængde på 785 nanometer. Det er på den ene sidde skånsomt og på den anden side kraftigt nok til at give tydelige målinger. Lyset bevæger sig gennem vævet og bliver spredt af de molekyler, det møder, hvorefter noget af det kan opfanges og analyseres.

Det bærer information med sig fra de passerede lag væv.

I traditionelle Raman-målinger måles lyset, der reflekteres direkte tilbage fra det sted, hvor det blev sendt ind. Det giver kun information fra overfladen. Den nye metode fungerer anderledes, fordi sensoren fanger lys, der er blevet spredt længere inde i vævet. Det gør det muligt at hente signaler op fra dybereliggende hudlag, som hidtil har været utilgængelige.

Molekylernes skjulte fingeraftryk afsløres i lyset

Når laserlyset rammer et molekyle, får det atomerne til at vibrere på en bestemt måde. Det ændrer lyset en smule og skaber et unikt spektrum – et slags fingeraftryk. Det kaldes Raman-effekten. På den måde kunne forskerne skelne mellem hudens egne molekyler, implantatet og medicinen. Lidt som når en scanner kan genkende en stregkode i supermarkedet – bare på molekyleniveau. Ved at analysere det tilbagekastede lys kan man se, hvilke stoffer der befinder sig hvor i vævet.

Andrea Heinz og hendes kolleger kunne adskille signaler fra hud, implantat og lægemiddel direkte ud fra deres unikke spektrale fingeraftryk. Det gjorde det muligt at følge to vigtige processer: hvordan depotet dannedes, og hvordan medicinen blev frigivet.

Forskerne testede to stoffer: 4-cyanophenol, som hurtigt spredte sig i vævet, og retinoinsyre, som blev liggende længere i depotet. Med SORS kunne de følge forskellene i realtid uden indgreb.

Den nye metode kunne uden problemer fange og følge forskellen. Det viser, at teknikken er følsom nok til at registrere selv små variationer i den fart, hvormed lægemiddelstoffet frigives fra implantatet. Derudover kunne forskerne følge, hvordan implantatet gradvist ændrede form og tæthed over tid.

"Disse forandringer har betydning for, hvordan lægemiddelstoffet distribueres i kroppen. Ved at måle over en periode på 14 dage kunne vi dokumentere hele forløbet – fra væske til færdigdannet depot og videre til fuldstændig frigivelse," pointerer Andrea Heinz.

Næste skridt: Fra laboratoriet til patienten

Forskerne har nu vist, at teknikken virker i laboratoriet. Næste skridt er at teste den på levende væv, eventuelt i samarbejde med klinikere. Det kræver, at udstyret bliver mere brugervenligt og tilpasset klinisk anvendelse. Andrea Heinz understreger, at deres rolle har været at vise, at det kan lade sig gøre. Det videre arbejde med at udvikle og kommercialisere teknologien ligger hos andre aktører.

På længere sigt er håbet, at udstyret kan gøres håndholdt, så lægen kan bruge det i selve behandlingssituationen. Det vil for eksempel give mulighed for at kontrollere, om et depot har dannet sig korrekt umiddelbart efter injektionen hos virkelige patienter og ikke bare i reagensglas på stykker af grisehud i laboratoriet.

Der er stadig en række faglige spørgsmål, som forskerne ønsker svar på. Hvor præcist kan metoden måle under varierende forhold? Kan den adskille endnu flere stoffer i mere komplekse formuleringer? Hvordan påvirkes målingerne af levende væv i bevægelse? Og hvilke typer medicin og formuleringer egner sig bedst til metoden? Disse spørgsmål er afgørende for, om teknikken kan finde vej til daglig klinisk brug.

Forsøget viser, at vi for første gang kan følge, hvad der sker under huden – uden at lave et eneste snit. Det kan bane vej for mere præcis behandling, hvor medicinen tilpasses den enkelte patient og samtidig skåner kroppen mest muligt. Det giver også forskere og lægemiddeludviklere en ny måde at forstå og optimere, hvordan medicin virker i kroppen – ikke ud fra gæt eller indirekte målinger, men ved at se selve processen i realtid.