III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa

1. III.1. Smärta och inflammationer Morfin Morfin extraheras ur råopium och började i början av 1800-talet användas för smärtlindring. Morfinproduktionen upplevde en revolution kraftigt då den ungerska apotekaren Janos Kabay upptäckte att man kunde extrahera opium inte bara från de omogna vallmofrukterna utan också från stråna. Morfin studerades 1923 med målet att bestämma dess struktur. Därefter kunde man syntetisera verksamma liknande föreningar som inte hade morfins allvarliga biverkningar som att vara beroendeframkallande och att det hämmar andningen. Genom att förstå hur det naturliga morfinextraktet fungerar i kroppen kunde man 1961 syntetisera säkrare läkemedel som Nalorfin och Naloxon. Naloxone marknadsförs i Sverige under namnen Narcanti, Naloxon och Suboxone. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa Janos Kabays gravsten i Budapest, Ungern Aspirin På 1890-talet såldes salicylsyra som ett billigt och effektivt medel mot inflammationer och ledgångsreumatism. Medlet hade dock ett antal otrevliga biverkningar som illamående och att det gav magkatarr. Acetylsalicylsyra syntetiserades 1897 av den tyska kemisten Felix Hoffman vid företaget Bayer. Det nya medlet testades farmakologiskt av Heinrich Dreser som fann att de medicinska biverkningarna var betydligt färre och lindrigare än för salicylsyra. Produktionen startade 1899 och de första pillren såldes 1900 under namnet Aspirin. Medlet blev snabbt populärt och var också det första läkemedel som började produceras industriellt. Aspirin användes för att lindra huvudvärk fram till mitten av 1980-talet då det upptäcktes att ett dagligt intag minskade risken för hjärtinfarkt. Acetylsalicylsyra säljs under flera olika namn som t.ex. Albyl, Magnesyl, Treo och Aspirin. Acetylsalicylsyra Kortison Vid studier av binjurebarken på 1940-talet upptäcktes att vissa naturliga hormoner (steroider) verkade antiinflammatoriskt. Kortison isolerades första gången 1936 och syntetiserades sedan 1948 av Lewis Hastings Sarett. På grund av sin goda verkan på ledgångsreumatism började kortison snart att säljas. Fortsatta kliniska studier visade att kortison inte botade ledgångsreumatism, istället fick patienterna allvarliga biverkningar. Kortison började dock istället att användas för att lindra symtomen för de som led av astma och allergi. Vidare arbete ledde till att ett flertal olika kortisonsteroider syntetiserades, med bättre antiinflammatoriska egenskaper och färre biverkningar. Exempel är Prednison och Prenisolon. Lewis Hastings Sarett Deformerade händer orsakade av ledinflammationer

2. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.2. Psykoterapeutiska medel Klorpromazin 1954 användes klorpromazin (Hibernal) första gången för att behandla schizofreni . Från början användes medlet för behandling av allergier. Den nya användningen visade sig vara väldigt effektiv och det blev början på den antipsykotiska terapin. Att behandla psykiska sjukdomar genom medicinering blev snart ett komplement till tidigare behandlingsmetoder som elektriska chocker, insulinchocker och lobotomi. Detta fick till följd att behovet av att placera personer med psykiatriska problem på institutioner minskade kraftigt. Senare forskning har visat mekanismerna för hur klorpromazin fungerar vilket lett till att många nya psykiatriska läkemedel, psykofarmaka, utvecklats. Två exempel är Haloperidrol och Olanzapine för behandling av bl.a. schizofreni och bipolär sjukdom. Bilder från filmen Gökboet (1975), som till stora delar utspelar sig på ett mentalsjukhus. Tricykliskt antidepressiva medel (TCA) 1958 visade en klinisk studie av imipramin att den hade goda antidepressiva egenskaper. Innan dess användes det som ett antipsykotiskt läkemedel. Föreningen påverkar aktiviteten hos de signalsubstanser som finns i hjärnan. Den grupp av läkemedel som utvecklats i denna klass kallas för tricykliskt antidepressiva medel. Tricykliska antidepressiva läkemedel blev snart standard när det gällde behandling av djupa depressioner. På grund av biverkningarna har användningen av TCA minskat. Depression efter graviditet Bensodiazepiner När chlorodiazepoxid upptäcktes 1959 startade utvecklingen av en ny klass läkemedel mot ångest, bensodiazepiner. Detta läkemedel, och dess efterföljare, ersatte bland annat barbituraterna, ett medel mot ångest som upptäcktes 1950. Barituraterna anses för övrigt vara ett av de mest framgångsrika läkemedlen i modern tid. De uthärdiga och säkra bensodiazepinerna har också visat sig fungera som sömnmedel, muskelavslappnande medel och dessutom vara verksamma mot epilepsi. Neurotransmitters I hjärnan

3. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.3. Hormoner och hormonregulatorer Insulin Insulin kontrollerar sockerhalten i blodet och detta hormonella protein producerar kroppen själv i bukspottskörteln. Brist på insulin leder till att man får typ 1 diabetes, en sjukdom som var dödlig fram till i början av 1920-talet. Två unga läkare, Frederick Banting och Charles H. Best, isolerade ett extrakt från bukspottskörteln från kor som kunde injiceras. Detta var 1921 och deras första patient var en döende 14-årig pojke. Efter bara några veckor kunde han lämna sjukhuset. Insulin extraherades sedan från bukspottskörteln hos nötkreatur av företaget Eli Lilly and Company från 1922. Det första mänskliga insulinet framställdes 1982 genom användandet av DNA-teknik. Frederick Banting and Charles H. Bestpå en målning. Testosteron Testosteron gör att en man blir en man, t.ex. utvecklar en penis och en manlig kroppsform. Det är ett steroidhormon med en struktur som liknar kolesterols. Testosteron kan syntetiseras från kolesterol vilket gjordes första gången 1935, då för att behandla hormonbrist. Testosteron kan framställas genom att kemiskt och bakteriellt modifiera vanligt förekommande naturliga material. Progestiner, östrogen och preventivmedel På 1930-talet isolerades två kvinnliga hormon, östrogen och progestron. Dessa kunde framställas från naturliga material. Det ena kunde framställas från urinen hos gravida hästar (ston) och den andra från den Mexikanska sötroten. Man upptäckte snart att progestiner (t.ex. progestron) förhindrar befruktning medan östrogen påverkade menstruationen. På 1950-talet lyckades man framställa syntetiska versioner av dessa hormon och deras egenskaper kunde studeras. Deras goda egenskaper när det gällde att förhindra graviditeter gjorde att p-piller utvecklades. En fördel med dem var också att de kunde tas genom munnen. Enovid, som såldes i USA 1960, var det första p-pillret som innehöll en blandning av östrogen och progestiner för maximal effekt. III.4. Mag- och tarmläkemedel Utvecklingen av magsårsmediciner 1972 lyckades en skotsk farmaceut, James Black, och hans kollegor på företaget Smith, Kline & French förklara orsaken till att det iband producerades för mycket syra i magsäcken. Denna metod för läkemedelsforskning kom sedan att kallas för rationell. Redan 1976 hade de utvecklat ett läkemedel, Cimetidine (Tagamet), som minskade utsöndringen av syra med minimala bieffekter. Användningen av dessa läkemedel minskade drastiskt behovet av kirurgi. Tagamet blev snabbt det mest utskrivna läkemedlet.

4. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.5. Medicinska analyser och diagnoser Medicinska avbildningsmetoder När röntgenapparater och magnetkameror (MRI) började användas inom sjukvården innebar det en revolution. Numera är dessa metoder rutin när diagnoser ska ställas och behandlingar utföras. Den som upptäckte röntgenstrålningen var den tyska fysikern Wilhelm Konrad Röntgen. Det gjorde han 1895 och den första röntgenbilden tog han på sin fru vilken visade benen i hennes hand. Redan år 1900 hade varje större sjukhus en egen röntgenapparat. Kärnmagnetisk resonans (NMR, Nuclear Magnetic Resonance) användes på 1970-talet för at bestämma kemiska strukturer och 1985 godkändes metoden för användning på människor (MRI). Kontrastmedel och avancerade avbildningstekniker har ökat det diagnostiska värdet av metoder som röntgen-, datortomografi- (3D-röntgen), MRI- och ultraljudundersökningar. Den första röntgenbilden av fru Röntgens hand. Isotoper i medicinens tjänst Medicinska avbildningstekniker har genom användandet av radioaktiva isotoper gjort det möjligt att bestämma de inre organens funktion. Pionjären på området var den ungerska forskaren Georg Hevesy som fick nobelpriset för detta arbete 1943. Han bestämde 1935 hur fosformetabolismen fungerar genom att använda radioaktiva ämnen. Föreningar märks med radioaktiva isotoper (som t.ex. teknetium-99 och tallium-201) eller med element som är ogenomskinliga för radiovågor som barium eller jod. De märkta föreningarna kan sedan följas i kroppen med hjälp av en gammadetektor. Resultatet blir informativa bilder av de organ till vilken de märkta föreningarna transporteras. Diagnoser som underlättas av dessa metoder är t.ex. identifieringen av cancertumörer, leversjukdomar och för studier av hjärtfunktionen. Utvecklingen av kemiska analyser Idag kan man bestämma patientens medicinska status genom att analysera förekomsten av olika kemiska föreningar i blodet, urinen, svetten, saliven eller i avföringen. Avancerade datorkontrollerade instrument på sjukhuslaboratoriet likaväl som självtestet köpta på apoteket mäter olika kemiska reaktioner. Vid 1900-talets början fastställde man diagnosen genom att observera olika kliniska symptom. Reagerade patienten positivt på en behandling måste han eller hon ha just den sjukdom behandlingen var till för. Diagnostiska tester började användas 1882 när Paul Ehrlich noterade att endast närvaron av bakterien typhoid bacillus kunde säkert diagnostisera tyfoidfeber. Denna bakterie kunde identifieras med hjälp av ett särskilt färgämne. Innan denna metod upptäcktes ställde man diagnosen utifrån färgen på patientens hud Utvecklingen av självtester Enkla självtester underlättar övervakningen av befolkningens hälsa. Det var inte så länge sedan diabetespatienter måste uppsöka ett laboratorium för att bestämma om de hade socker i urinen. 1941 presenterade Miles Laboratories den första självtestet för att bestämma socker i urinen. Även om det var komplicerat att utveckla så kom det första testet 1956, där man bara behövde doppa en sticka i urinen för att få svar om man hade socker i urinen. På 1960-talet kom den första batteridrivna socker (glukos) mätaren som mätte blodsockerhalten vilket drastiskt höjde livskvalitén för diabetespatienter. På 1980-talet introducerades fler självtester för att t.ex. upptäcka blod i avföringen, graviditet, ägglossning och streptokockinfektioner i halsen.

5. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.6. Infektionsdämpande läkemedel Salvarsan och Prontosil Paul Ehrlich var en tysk bakteriolog som studerade arsenikföreningar på grund av deras antibakteriella verkan. Han uppfann Salvarsan 1909 med vars hjälp man kunde behandla könssjukdomen syfilis. Den strategi han använt följdes snart av andra forskare för att hitta nya medel för att bekämpa olika typer av infektionssjukdomar. Det första sulfapreparatet, Prontosil, användes först som färgämne för textilier innan en kemist 1932 upptäckte dess antibakteriella verkan. Prontosil kunde bota streptokockinfektioner som var en vanlig orsak till kronisk lunginflammation. Denna upptäckt var så viktig att den tyska biokemisten Gerhard Domagk belönades med nobelpriset i medicin 1939. Den aktiva beståndsdelen i Prontosil är sulfanilamid vilket upptäcktes först senare. Många nya antibiotika syntetiserades sedan med utgångspunkt från sulfanilamid som t.ex. sulfapyridin som kom 1938. Sulfapreparaten minskade drastiskt dödsfallen i lunginflammation under 1940-talet och sparade miljontals liv. Betydelsen av sulfapreparaten minskade först när penicillin började användas. Streptokock- bakterie Gerhard Domagk Prontosil Alexander Fleming Penicillin 1928 upptäckte den skotska bakteriologen Alexander Fleming ett ämne som dödade bakterier. Han isolerade ämnet från det naturligt förekommande möglet (Penicillium notatum). Penicillinet utvecklades sedan efter ett intensivt forskningsarbeta under andra världskriget. När det blev klart för användning 1943 reducerade det dramatiskt de farliga infektioner som uppstod vid de amputationer som utfördes på skadade amerikanska och engelska soldater under andra världskriget. Det naturliga penicillinet var så dyrt och sällsynt att man återvann det från urinen hos de behandlade patienterna. Kemisterna letade hela tiden efter andra metoder att framställa den aktiva substansen, helst syntetiskt. Strukturen av penicillin bestämdes av Doroth Crowford Hodgkin och därmed var det möjligt att hitta vägar att syntetisera substansen kemiskt. 1957 hade flera läkemedelsföretag lyckats och även börjat producera det i stor skala. Denna succé inledde den moderna tidens användande av antibiotika för behandling av olika sjukdomar. Penicillium notatum Zidovudine (AZT) Zidovudine (AZT) was approved in the United States for the treatment of Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection in 1987. This drug was first synthesized in 1964, but proved ineffective as a cancer chemotherapeutic. It was abandoned until 1986, when its activity against retroviruses was discovered by an American research group. AZT and related nucleoside drugs inhibit viral replication by targeting specific viral enzymes. Because of the rapid development of HIV’s drug resistance, first demonstrated with AZT, mono-drug therapy can no longer be used to treat HIV infection. Zidovudine crystals Zidovudine

6. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.7. Behandling av hjärtbesvär Reglera hjärtrytmen Att lokalbedövningsmedlet procain, även kallat novokain, även kunde användas för att reglera hjärtrytmen upptäcktes på 1930-talet. Att använda denna behandling var dock riskfyllt då den förutom att bota oregelbunden hjärtrytm också kunde orsaka den under vissa förhållanden. Procain var det första läkemedel som godkändes för denna användning. Procain påverkar cellmembranens så kallade natriumkanaler. Därefter utvecklades ett flertal läkemedel av samma typ, inklusive betablockerare, och läkemedel som påverkade kalium- och kalciumkanalerna. Behandling av hjärtfel Digitalis, en grupp kemiska föreningar som förekommer naturligt i naturen, har använts för att behandla hjärtfel i århundraden. Efter att forskare hade hittat mekanismen för hur digitals kunde öka kraften i hjärtats pumpande godkändes det 1954 för behandling av förmaksflimmer och hjärtsvikt. Digoxin extraherades från bladen av fingerborgsblomma (Digitalis lanata). Senare upptäcktes att även blodtrycksmediciner kan användas för att behandla hjärtfel. Lösa upp blodproppar Heparin är en naturprodukt som man isolerar från djurlever. Det var det första medlet som användes för att förebygga uppkomsten av blodproppar vid blodtransfusioner, redan 1935. Det blev sedan det mest använda antikoaguleringsmedlet (även kallat blodförtunnare). Det användes också för att förhindra att blodproppar bildas vid hjärt- och artiriella operationer. Wafarin (Coumadin) är ett antikoaguleringsmedicin som man intar via munnen (oralt) och som minskar risken för hjärtattacker och blodproppar. Under 1970-talet upptäckte man att även redan bildade blodproppar kunde lösas upp av så kallade propplösare (trombolytics). Genom att utnyttja enzymaktivitet för att lösa blodproppar kom nya medel som Urokinas (1977), streptokenas (1978) och tPA (1987) Kontrollera kolesterolvärdet Uppbyggnaden av kolesterol på insidan av blodkärlens väggar är den vanligaste orsaken till hjärt- och hjärninfarkt och slaganfall. Lovastatin (Mevacor) som kontrollerar kolesterolhalten i blod genom att inhibera ett kritiskt hastighetsbestämmande enzym i kolesterols biosyntes godkändes för användning 1987. Flera läkemedel, och mer kraftfulla, som Simvasatin och Atorvastatin har revolutionerat behandlingen av höga fetthalter i blodet. Dessa medel är mycket effektiva och har få biverkningar. Åderförkalkning

7. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.8. Cellgiftsbehandling mot cancer Cellgifter för cancerbehandling Metoden att behandla cancer med kemiska föreningar (cellgifter) började 1942 när Louis S. Goodman och Alfred Gilman använde kvävesenap kliniskt. Kvävesenap har en struktur liknande senapsgas. Läkemedel som blockerade tillgången till folsyra (antimetaboliter) utvecklades också. Aminopterin (1947) liknar folsyra och var effektiv för behandling av leukemi men påverkade också de vita blodkropparna vilket gjorde att det snabbt ersattes av metotrexat. På 1950-talet utvecklade George Hitchings och Charles Heidelberger antimetaboliten mercaptopurin för behandling av leukemi och fluorourasil för mag- och bröstcancer. Antimetaboliter är en grupp läkemedel som hindra cellernas tillväxt, genom att störa deras ämnesomsättning. Cytotoxiska läkemedel Läkemedel som är giftiga för celler (cytotoxiska) isolerades från växter och användes för behandling av cancer 1963. Principen för dessa medel är att celler som genomgår snabb celldelning (cancerceller) är mer känsliga för cytotoxiska ämnen. Några exempel är vinkristin och vinblastin som isolerades från rosensköna 1970. Taxol isolerades från idegran 1971 och användes för att behandla allvarlig fall av bröst- och lungcancer i början av 1990-talet. Tamixofen mot bröstcanser Tamixofen är en syntetisk molekyl som syntetiserades 1971 och började användas mot bröstcancer 1977. Den verkar genom att sakta ner tillväxten av tumörer som är beroende av östrogen. Höga östrogenhalter påskyndar celldelningen i bröstvävnad vilket tamixofen blockerar genom att påverka de naturliga hormoner som understödjer cancertillväxten. Megestrol är ett derivat av ett naturligt steroidhormon, progesteron, som fungerar på ungefär samma sätt. Megestrol används för behandling av återkommande bröstcancer. Mammografibild som visar en bröscancertumör Egenundersökning av brösten ökar chansen för tidig upptäckt.

8. III. Teknologiska framsteg inom medicin och hälsa III.9. Avancerade medicinska hjälpmedel Proteser och andra hjälpmedel Moderna proteser och konstgjorda organ, reservdelar, kontaktlinser, hörapparater och biomaterial som tillverkas av plastmaterial och andra avancerade material har alla utvecklats i samarbete med kemister. Genom att manipulera molekylerna och därigenom framställa andra molekyler har kemister och ingenjörer utvecklat nya medicinska material som är starka, hållbara och flexibla. 1945 kom den första artificiella njuren, konstgjorda hjärtklaffar 1950 och 1982 kom det första konstgjorda hjärtat. Kontaktlinser av plast introducerades 1956 och de mjuka linserna 1985. Konstgjorda hjärtklaffar Konstgjort hjärta Medicinsk utrustning Kemiteknik används för att tillverka nästan all medicinsk utrustning gjord av plast som används inom sjuk- och hälsovård. Dagens medicinska utrustning måste vara säker nog för att kunna användas dygnet runt och samtidigt upprätthålla en ren, steril och bakteriefri miljö. För många medicinska rutinåtgärder används avancerade diagnosinstrument som t.ex. stetoskop, bandage, sprutor och instrument för kirurgi. När dessa utvecklas är kemisten alltid en viktig person att ha med i teamet. Även blöjor innehåller avancerade material som hygroskopiska polymerer vilka förhindrar att babyns känsliga hud inflammeras. Disinfektionsmedel och blekmedel Tack vare kemi är det möjligt att hålla sitt hem rent, bryta ner mögel och ta bort fläckar. I början av 1900-talet fokuserade kemisterna sina ansträngningar på att få kontroll över bakterierna och på att göra det enklare att hålla kläder och hem rena. 1913 utvecklades ett rengöringsmedel, klorin, som var så billigt att alla hade råd med det. Idag är klorin vanligt i hushållen och tar död på miljarder bakterier. Klorin är också et kraftfullt vapen mot bakterier och virus på sjukhus. Ignatius Semmelweis, en ungersk gynekolog, var den första att införa obligatorisk handtvätt med klorin innan läkarna behandlade sina patienter. Det gjorde han 1847 med ett mycket gott resultat men han mötte också hårt motstånd.