TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.1. Smerte- og betennelsesbehandling Morfin På begynnelsen av 1800-tallet ble morfin brukt til å lindre.

Presentasjon om: "TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.1. Smerte- og betennelsesbehandling Morfin På begynnelsen av 1800-tallet ble morfin brukt til å lindre."— Utskrift av presentasjonen:

1 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.1. Smerte- og betennelsesbehandling Morfin På begynnelsen av 1800-tallet ble morfin brukt til å lindre smerte. Morfinet ble utvunnet fra råopium. Den ungarske farmasøyten Janos Kabay revolusjonerte morfinproduksjonen i 1920-årene ved å ekstrahere stoffet ikke bare fra det umodne valmuehodet men også fra tørkede valmuestrå. Morfin ble studert i 1923 for å bestemme stoffets kjemiske struktur i et forsøk på å syntetisere et kunstig bedøvelsesmiddel fritt for uønskede bivirkninger som avhengighet og uheldig virkning på respirasjonen. Forståelsen av måten det naturlige stoffet virker på kroppen gjorde det mulig å fremstille en syntetisk versjon av morfin og siden også mindre farlige medisiner som for eksempel Nalorfin og Nalokson i 1961. Acetylsalicylsyre I 1890 ble salicylsyre fremstilt og solgt som en billig og effektiv betennelsesfordriver ved leddgikt, selv om slik behandling medførte ubehagelige bivirkninger som kvalme og magekatarr. Acetylsalicylsyre (Aspirin, Dispril, Globoid) ble syntetisert i 1897 av den tyske kjemikeren Felix Hoffmann ved Bayer og ble farmakologisk testet av Heinrich Dreser. Produksjon ble startet i 1899, og de første pillene ble solgt i året 1900. Aspirin ble raskt populært, siden stoffet medførte langt færre bivirkninger enn salicylsyre. Aspirin, den første medisinen som er fremstilt i industriell skala, lages i store kvanta den dag i dag. Aspirin ble brukt hovedsaklig mot hodepine til midten av 1980-tallet. Da ble det oppdaget at stoffet også forhindrer hjerte/kar- sykdommer. Kortison I 1940-årene oppdaget man ved studier av binyrene at visse naturlig forekommende hormoner (også kalt steroider) har antiinflammatoriske egenskaper. Det hormonet man i 1936 isolerte først, kortison, ble senere syntetisert av amerikaneren Lewis Hastings Sarett i 1948. Det ble allerede året etter fremstilt i kommersiell skala på grunn av dets virkning på revmatisk lidelse (gikt). Videre kliniske forsøk viste at kortison ikke kurerte sykdommen og medførte dessuten alvorlige bivirkninger, men kortison ble likevel tatt i bruk innen behandling av astma og allergi. Studier av steroidsynteser førte etter hvert til at man kunne fremstille prednison, prednisolon og dexamethason som bedre antiinflammatoriske medisiner med færre bivirkninger. Acetylsalicylsyre Janos Kabays grav i Budapest, Ungarn Lewis Hastings Sarett Deformering pga leddbetennelse

2 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.2. Psykoterapeutiske medikamenter/preparater/midler/virkestoffer Chlopromazine Klorpromazin (Thorazin, Hibanil) ble først brukt for å behandle schizofreni i 1954. Middelet var opprinnelig utviklet som et antihistamin og skulle brukes som allergimedisin. Denne nye behandlingen viste seg å være veldig effektiv, og innledet den moderne terapien der man behandler pasienter med antipsykotika. Kontroll av psykiske lidelser gjennom medisinering fortrengte raskt gamle behandlingsmetoder som elektrosjokk, insulinsjokk og lobotomi, og førte til at pasienter over hele verden fikk bedre funksjonsevne og kunne klare seg utenfor institusjon. Forskning har belyst de farmakologiske virkningsmekanismene til Klorpromazin og har tjent som grunnlag for utviklingen av mange andre antipsykotiske medisiner, for eksempel Haloperidol og Olanzapin. Trisykliske antidepressiva I 1958 viste en klinisk studie av Imipramin stoffets antidepressive egenskaper. Dette stoffet ble opprinnelig utviklet som et antipsykotikum. Det fungerer terapeutisk ved å påvirke aktiviteten til nevrotransmittere (signalmolekyler) i hjernen. Mange nye medikamenter ble utviklet i denne klassen, og de ble kollektivt kjent som trisykliske antidepressiva (TCA). Trisykliske antidepressiva ble på 1960-tallet standard i terapi mot sterkt hemmende depressive lidelser. Benzodiazepiner Det første benzodiazepinet, klordiazepoksid, ble syntetisert i 1950-årene. I 1959 ble Librium lansert, og en ny klasse av angstdempende medikamenter kom på markedet. Dette stoffet og påfølgende derivater erstattet raskt tidligere mindre vellykkede preparater som barbiturater og meprobamat. Disse nyere medisinene anses å være blant de mest vellykkede legemidlene i denne perioden. Benzodiazepiner brukes blant annet mot angst og aggresjon, som hypnotika, og for å behandle epilepsi. En fødsel kan av og til medføre depresjon. Bildene er fra filmen Gjøkeredet (1975) som gir en kritisk skildring av forholdene i psykiatriske institusjoner. Nevrotransmittere i hjernen

3 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.3. Hormoner og hormonregulatorer Insulin Insulin, et polypeptidhormon som produseres av spesielle celler i bukspyttkjertelen, styrer nivået av blodsukker (glukose) i kroppen. Mangel på insulin fører til utvikling av type 1-diabetes, en sykdom som ble ansett som dødelig fram til 1920-tallet. To unge kanadiske leger, Frederick Banting og Charles H. Best, gjorde den første insulininjeksjonen ved å isolere og rense insulin fra bukspyttkjertelen hos storfe i 1921. Deres første pasient var en 14 år gammel gutt som var nær ved å dø. Han ble utskrevet fra sykehuset etter noen uker som følge av en vellykket behandling. Allerede i 1922 ble insulin framstilt i kommersiell skala av legemiddelselskapet Eli Lilly. Humant insulin er siden 1982 blitt framstilt ved bruk av genetisk modifiserte mikroorganismer og rekombinant DNA-teknologi. Testosteron Testosteron er viktig ved utviklingen av mannlige kjønnsorganer og sekundære kjønnstrekk hos gutter. Det er et steroidhormon som strukturelt ligner på kolesterol. Testosteron ble først fremstilt av kolesterol i 1935 for å behandle sykdommer forårsaket av hormonmangel. Testosteron kan produseres ved kjemisk og mikrobiologisk modifisering av lett tilgjengelig naturlig forekommende stoffer. Progestin, østrogen og p-piller I 1930-årene ble de to kvinnelige kjønnshormonene østrogen og progesteron isolert og fremstilt fra henholdsvis urinen til gravide hopper og fra den meksikanske planten yamsrot. Man forstod at progesteron har svangerskapsbevarende effekt og at østrogen styrer menstruasjonssyklusen. I 1950-årene ble syntetiske versjoner av disse hormonene produsert, og stoffenes effekt på unnfangelse og svangerskap hos mennesket ble studert. Progestin fungerte, sammen med syntetisk østrogen, som prevensjonsmiddel og førte til utvikling av orale prevensjonsmidler (p- piller) for kvinner. Enovid, som ble markedsført i USA i 1960, var den første p-pillen som inneholdt en blanding av østrogen og progestin for maksimal effektivitet. III.4. Medisiner til mage og tarm Utvikling av sårbehandling I 1972 studerte James Black, en skotsk farmakolog, og hans kolleger ved Smith, Kline & French overskuddet av syresekresjonen i magen. Denne typen farmasøytisk forskning er nå kjent som «rasjonell drug design". Innen 1976 hadde de utviklet stoffet Cimetidin (Tagamet) som med minimale bivirkninger hemmer syresekresjonen. En utstrakt bruk av preparatet for å behandle magesår reduserte behovet for kirurgi. Tagamet ble raskt et hyppig forskrevet legemiddel. Maleriet viser Frederick Banting og Charles H. Best

4 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.5. Medisinsk testing og sykdomsdiagnostikk Medisinske bildebehandlingsteknologier Oppfinnelser som røntgenapparatet og MRI-skanneren (for magnetisk resonans-avbildning) er nå en rutinemessig del av utstyr til medisinsk diagnose og behandling. Den tyske fysikeren Wilhelm Konrad Röntgen oppdaget røntgen-stråler i 1895. Han tok et bilde av beina i sin kones hånd, og det første røntgenbilde av et menneske var dermed et faktum. Innen ti år hadde alle store sykehus et røntgenapparat. Kjernemagnetisk resonans (NMR) ble brukt for å bestemme kjemiske strukturer i 1970- årene, og magnetresonanstomografi ble godkjent til bruk på mennesker i 1985. Kjemiske kontrastmidler og bedre filmemulsjoner forbedret kvaliteten på røntgenundersøkelser, CT-skann (tredimensjonal røntgenavbildning, tomografi), MRI og ultralydsbilder i denne perioden. Radioaktive isotoper og røntgenkontrastmidler I medisinsk bildebehandling har man med stort hell benyttet radioaktive isotoper for å bestemme funksjonen hos indre organer. Ungarsk/svenske Georg Hevesy (Nobelpris i kjemi i 1943) var en pioner på dette området. I 1935 bestemte Hevesy mekanismene for fosforstoffskiftet ved bruk av radioaktive nuklider. Ulike stoffer blir merket med radioaktive isotoper (for eksempel technetium-99m og thallium-201) eller ikke-radioaktive røntgenkontrastmidler (for eksempel barium- og jodforbindelser). På dette siste området har det norske firmaet Nycomed (nå GE Healthcare) vært verdensledende. Radiomerkede stoffer kan spores gjennom kroppen med gammastrålefølsomme kameraer, mens røntgenkontrastmidlene hindrer røntgenstråling i å passere. Begge metodene gir nyttige bilder av indre organer, og benyttes til for eksempel svulstdeteksjon, diagnose av leversykdommer og stresstester for hjertefunksjon. Utvikling av kjemiske analyser I dag oppdages sykelige tilstander ofte ved kjemisk analyse av ørsmå mengder av sykdomsmarkører i blod, urin, avføring, spytt og svette. Både sofistikerte datamaskinstyrte analytiske instrumenter i store laboratorier og enkle hjemmetester benyttes til måling av livsviktige kjemiske reaksjoner. I begynnelsen av det 19. århundre var diagnoser basert på observasjoner av kliniske symptomer. Hvis en pasient reagerte positivt på en sykdomspesifikk behandling, så hadde pasienten den sykdommen, etter datidens syn. Diagnostisk testing startet i 1882 da Paul Ehrlich observerte tilstedeværelsen av Tyfus bacillus med en fargestoffreaksjon, og denne reaksjonen var absolutt nødvendig for å diagnostisere tyfoidfeber. Tidligere var denne diagnosen basert på hudfargen til pasienten. Utvikling av personlig overvåking Overvåking av egen helse kan i dag foretas i pasientens hjem med kjemiske teststrimler eller små men avanserte måleinstrumenter. Tidligere måtte diabetespasienter besøke et laboratorium for å sjekke sukkernivået i urinen. I 1941 introduserte Miles laboratorier den første enkle analysen av sukker i urin, for hjemmebruk. Urinprøver av typen dypp-og-les var vanskelige å utvikle, men ble endelig tilgjengelige i 1956. Diabetespasienter fikk en betydelig forbedring av livskvaliteten da det på 1960-tallet kom en bærbar batteridrevet blodsukkermåler som brukte kjemiske teststrimler for å måle glukosenivå. I løpet av 1970 og -80 årene kom diagnosesett slik at det ble mulig å sjekke eggløsning og graviditet selv. Røntgenbildet av hånden til Anna Bertha Röntgen

5 TEKNOLOGISKE MILEPÆLåER INNEN HELSE OG MEDISIN III.6. Kjemoterapi, antibiotika og cellegift Arsfenamin og sulfapreparater Den tyske kjemikeren og legen Paul Ehrlich studerte de antibakterielle egenskapene til arsenforbindelser og fremstilte arsfenamin (Salvarsan) i 1909. Dette var et medikament som ble brukt for å behandle pasienter med den seksuelt overførbare og dødelige sykdommen syfilis. Han utviklet også arbeidsmetoder som ble fulgt av andre forskere som arbeidet med å lete etter aktive forbindelser som kunne bekjempe smittsomme sykdommer. I 1932 oppdaget G. Domagk at det røde azofargestoffet prontosil hadde antibakteriell virkning og kunne kurere lungebetennelse forårsaket av dødelige streptokokkinfeksjoner. I 1939 fikk Domagk Nobelprisen i medisin for denne oppdagelsen. Det ble senere klart at virkningen skyldtes at prontosil i organismen ble omdannet til sulfonamidet sulfanilamid som var den aktive forbindelsen. Basert på denne kunnskapen ble det utviklet mange andre antibiotika, blant annet sulfapyridin i 1938. Ved hjelp av sulfamedikamenter lyktes man i stor grad å redusere dødeligheten ved lungebetennelse i 1940, og reddet livet til millioner. Etter at penicillin kom i bruk i 1940-årene gikk bruken av sulfonamider tilbake. Penicillin I 1928 oppdaget den skotske bakteriologen Alexander Fleming at et stoff som han isolerte fra en naturlig forekommende muggsopp (Penicillium notatum), kunne drepe bakterier. Penicillin basert på naturlige stoffer ble utviklet under annen verdenskrig, og reduserte antall infeksjoner og amputasjoner blant skadde soldater i de amerikanske og britiske styrkene. Denne naturlige penicillinen var så dyr og sjelden at den måtte gjenvinnes fra urinen til de behandlede pasientene. Kjemikere jobbet på for å kunne produsere medikamentet syntetisk. Da den kjemiske strukturen til penicillin ble bestemt av den britiske forskeren Dorothy Hodgkin Crowfoot i 1940, fikk de et gjennombrudd. I 1957 startet flere farmasøytiske firmaer kommersiell produksjon av dette stoffet, og deres innsats markerte starten på den moderne tidsalders antibiotikabehandling. AZT (Zidovudin) I 1987 ble AZT godkjent i USA til behandling av humant immunsviktvirus (HIV)-infeksjon. Dette stoffet ble opprinnelig fremstilt som kreftmedisin i 1964, men viste seg å være ineffektivt til slik bruk. Det ble glemt helt til en amerikansk forskningsgruppe i 1986 oppdaget at det hadde aktivitet mot retrovirus. AZT og relaterte nukleosidlegemidler hindrer viruset i å formere seg ved å angripe bestemte enzymer. Fordi viruset raskt utvikler resistens mot medisinene er man nødt til å bruke kombinasjoner som består av blandinger med flere ulike medikamenter. Prontosil Penicillium notatum Zidovudin Alexander Fleming Gerhard Domagk Streptokokk- bakterier Zidovudin-krystaller

6 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.7. Behandling av hjerte/kar-sykdommer Regulering av hjerterytmen På 1930-tallet ble det oppdaget at lokalbedøvelsesmiddelet prokain regulerer hjerterytmen. Behandling med denne typen medikamenter er kompleks og kan være vanskelig, fordi medikamenter som blokkerer arytmi av og til kan føre til arytmi. Prokain var det første av mange stoffer som til slutt ble godkjent til dette formålet. Prokain diffunderer gjennom membranene i nervecellene og blokkerer natriumkanalene. Dette hemmer impulsoverføring. Prokain ble etterfulgt av en rekke legemidler, inkludert betablokkere og kalium- eller kalsiumkanal- antagonister. Behandling av hjertesvikt Digitalisglykosider forekommer naturlig i en rekke planter og har vært i klinisk bruk i mer enn 200 år for behandling av hjerteproblemer. Etter at det ble oppdaget at digitalispreparater øker styrken i muskelsammentrekninger i hjertet, startet man fremstilling av digoksin fra bladene til revebjelle (Digitalis lanata). Stoffet ble så godkjent i behandling av arterieflimmer og hjertesvikt i 1954. Det ble etter hvert oppdaget at såkalte antihypertensivmedikamenter også kan brukes til å behandle hjertesvikt. Forebygging av blodpropp Heparin er et naturlig produkt isolert fra dyrelever, og ble først brukt for å unngå trombose (blodpropp) under en blodoverføring i 1935. Det ble snart det mest brukte antikoagulerende (også kalt blodfortynnende) middelet. Det hindrer også dannelse av blodpropper under hjertekirurgi. Wafarin (Coumadin) er et antikoagulerende middel, godkjent i 1955, som hindrer slag og brukt i behandling av hjerteinfarkt og blodpropp. I løpet av 1970- tallet ble det oppdaget at trombolytika er virksomme behandlingsmidler selv etter dannelse av blodpropp. Innsikt i enzymaktivitet for å løse opp blodpropper gav oss urokinase (1977), streptokinase (1978), og den genmodifiserte tPA (1987). Ta kontroll over blodkolesterolet Avleiring av kolesterol på innsiden av arteriene (arteriosklerose) er en viktig årsak til hjertesykdom og slag. Lovastatin (Mevacor) som reduserer dannelse av kolesterol ved å hemme et enzym i å bli omgjort til mevalonat, ble godkjent i 1987. Senere kom for eksempel Simvastatin og Atorvastatin som i tillegg til å være effektive, hadde få bivirkninger. Dette revolusjonerte behandlingen av høye lipidnivåer i blodet (hyperlipidemi). Arteriosklerose

7 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.8. Kjemisk kreftbehandling Utviklingen av den kjemiske kreftbehandlingen Bruk av kjemikalier for å behandle kreft ble innledet i 1942 ved at Louis S. Goodman og Alfred Gilman benyttet sennepsgasslignende stoffer på kreftpasienter. Medisiner som blokkerer folsyre (kalles også antimetabolitter) ble også fremstilt. Aminopterin (1947) var effektiv i behandlingen av leukemi, men stoffets negative virkning på hvite blodlegemer gjorde at man gikk over til å bruke stoffet metotrexat. I 1950-årene utviklet George Hitchings og Charles Heidelberger det antimetabolittiske stoffet mercaptopurin til behandling av leukemi, og fluoruracil til behandling av kreft i mage/tarm og bryst. Cellegifter Cellegifter (cytostatika, legemidler som er giftige for celler) ble isolert fra planter og først tatt i bruk innen kjemisk kreftbehandling i 1963. Disse medisinene fungerer på den måten at de lettere angriper og inaktiverer celler som deler seg ukontrollert, altså kreftceller, enn normale, friske celler. Blant disse stoffene finner vi vincaalkaloider (vincristin og vinblastin) som er utvunnet fra gravmyrtplanter, og podaphylotoxin som først ble utvunnet fra maieple i 1970. Taxol ble utvunnet fra barlind i 1971 og bearbeidet til bruk innen behandling av langt fremskredet brystkreft og lungekreft tidlig på 1990-tallet. Tamoxifen Tamoxifen, et syntetisk stoff fremstilt i 1971, ble tatt i bruk i 1977 i behandlingen av brystkreft. Tamoxifen virker ved at det hindrer veksten av østrogenavhengige svulster. Høye østrogennivåer fremmer celledelingen i brystvev, og denne typen kjemoterapi blokkerer de naturlige hormonene som stimulerer veksten av kreftceller. Megestrol er et syntetisk derivat av det naturlig forekommende steroidhormonet progesteron, og fungerer på en lignende måte ved behandling av nydannede brystsvulster. Mammografibilde av en brystsvulst Personlig kontroll av bryster hjelper til med å stille diagnose tidlig

8 TEKNOLOGISKE MILEPÆLER INNEN HELSE OG MEDISIN III.9. Nye materialer i helseomsorgen Kunstige kroppsdeler og hjelpemidler Kunstige kroppsdeler og organer, utbyttbare ledd, kontaktlinser, høreapparater og biomaterialer som er fremstilt fra spesialplast og andre høyteknonologiske materialer er basert på fremskritt innen kjemien. Ved å bearbeide molekylstrukturer og fremstille nye, har kjemikerne utviklet nye sterke, fleksible og holdbare materialer til medisinsk bruk. Eksempler er den kunstige nyren fra 1945, 1950-årenes hjerteklaffprotese og det første kunstige hjertet som ble operert inn i et menneske første gang i 1982. Kontaktlinser av plast kom på markedet i 1956 og myke bifokale kontaktlinser kom i forbedret utgave i 1985. Medisinsk utstyr Kjemien er sentral ved stort sett all fremstilling av medisinske hjelpemidler av plast. Dagens medisinske utstyr må være holdbart nok til daglig bruk og samtidig fungere i et rent og, ved behov, et sterilt og bakteriefritt miljø. Innen mange rutinepregede medisinske virksomheter benyttes det aller mest moderne diagnostiske utstyr som stetoskoper, bandasjer og andre nye typer vevde stoffer, sprøyter, kirurgiske instrumenter, blodposer og diverse andre hjelpemidler av plast som eksempler på produkter basert på nyvinninger innen kjemien. Bleier inneholder hygroskopiske polymerer som hindrer betennelser i den følsomme huden hos spebarn. Desinfeksjonsmidler og blekemidler Ved hjelp av fremskritt innen kjemien er vi i dag i stand til på relativt enkel måte å foreta å foreta grundig rengjøring av våre hjem. Vi har til rådighet stoffer som effektivt bryter ned skitt og støv og fjerner flekker. I 1913 utviklet forskere en oppskrift på et rimelig blekemiddel som var enkelt å bruke. I dag inngår blekemidler i vanlige husholdninger som effektive desinfiserende hjelpemidler mot mikroorganismer og bakterier. Klorin er også et kraftig våpen mot sykdommer forårsaket av virus og bakterier så vel i hjem som i sykehus. Den ungarske gynekologen Ignatius Semmelweiss var den første til å innføre håndvask med klorert vann på sitt institutt i 1847. Kunstig hjerte Kunstige hjerteklaffer