Nieuwe methode maakt geleidelijke afgifte van eiwitmedicijnen in het lichaam mogelijk

Op eiwitten gebaseerde medicijnen zijn onmisbaar geworden in de medische wereld. Ze spelen onder meer een rol in nieuwe kankerbehandelingen. Het is echter een uitdaging om ervoor te zorgen dat deze medicijnen hun werk doen in het lichaam. Vaak wordt de dosis te snel afgegeven.

Eiwitten zijn van nature klein (enkele nanometers) en verspreiden zich daardoor snel. Om te zorgen dat ze langzamer vrijkomen is het effectiever om ze op gecontroleerde wijze grotere deeltjes te laten vormen (aggregaten). Technieken zoals jetmilling en spray-drying worden daar momenteel voor gebruikt. Deze methoden kunnen echter de chemische structuur of werking van de eiwitten beschadigen.

Hoe het werkt

Om dit probleem te verhelpen, hebben Tuinier en collega’s een nieuwe methode bedacht. Ze werken samen met DSM Biomedical: een wereldwijd toonaangevend bedrijf dat zich richt op de ontwikkeling van materialen voor fabrikanten van biofarmaceutische producten.

Het werkt zo: er wordt allereerst polyethyleenglycol (PEG) (polymeren) toegevoegd aan een mengsel van kleine deeltjes. Vervolgens wordt dit mengsels snel ingevroren. De PEG helpt om de eiwitten op de juiste manier te concentreren in grotere gebieden en vervolgens aggregaten te vormen die door het vriezen vervolgens gefixeerd worden. “Naarmate we meer polyethyleenglycol toevoegen, worden de eiwitten plakkeriger; ze worden sterker naar elkaar toe getrokken. Door dit met vriesdrogen te combineren, kunnen we de eiwitklonten vormen en stabiliseren. Dit zorgt ervoor dat de eiwitten in grotere, maar gecontroleerde klonten aan elkaar blijven kleven.” Indien deze eiwitaggregaten worden ‘ingepakt’ in nog grotere microndeeltjes die vaak worden gebruikt bij medische toepassingen, dan helpt dit om de afgifte van medicijnen langzamer en gecontroleerder te regelen.

Een belangrijke mijlpaal was toen dr. Jiankang Song, de postdoc en eerste auteur van het artikel, de eerste microdeeltjes ontdekte, herinnert Tuinier zich. “Dit was een spannend moment. We wisten toen nog niet of het vriesproces bijvoorbeeld te snel zou werken, waardoor de eiwitten te klein zouden blijven. Vervolgens ontdekten we dat het aanpassen van de eindtemperatuur tijdens het vriezen de grootte van de aggregaten beïnvloedde. We beseften toen dat ons fundamentele onderzoek van het combineren van snel invriezen gecombineerd met de door PEG geïnduceerde plakkerigheid tussen de eiwitten wel eens een nuttige toepassing in de farmaceutische industrie zou kunnen opleveren.”

Toekomstige behandelingen

Het team weet nu dat de nieuwe methode van grote waarde kan zijn in de medische wereld. Bij patiënten die tijdens een kankerbehandeling nu bijvoorbeeld vaak injecties krijgen, kan dit worden teruggebracht tot veel minder injecties omdat het medicijn veel langer werkzaam blijft in het lichaam. Nu is het zaak om de methode verder te optimaliseren, licht Tuinier toe. “Wij zijn dit op de TU/e, in samenwerking met DSM Biomedical, verder aan het onderzoeken. Voor de behandeling van kanker of HIV hebben we verschillende typen eiwitten nodig, elk met unieke eigenschappen zoals grootte en lading. Met een flexibele aanpak zorgen we ervoor dat onze methode breed toepasbaar is.”

Normaal gesproken duurt het jaren om een nieuw polymeer goedgekeurd te krijgen, omdat er uitgebreide tests nodig zijn. “Nu is dat niet het geval, omdat de polymeren die wij gebruiken al zijn goedgekeurd voor soortgelijke toepassingen.” Tuinier verwacht dat we binnen enkele jaren de eerste medicijnen op de markt zullen zien die zijn ontwikkeld met de nieuwe methode.