iGEM Leiden wil met behulp van nanodeeltjes een nieuwe therapie tegen hoofd-halskanker ontwikkelen. Het idee van dit studententeam is een mogelijk alternatief voor de huidige therapieën, die geplaagd worden door ingrijpende bijwerkingen.
Niet meer zelfstandig kunnen eten, ademen, of je spraak verliezen. Dit zijn bijwerkingen waar veel patiënten met hoofd-halskanker mee te maken krijgen. Deze bijwerkingen kunnen mogelijk voorkomen worden met de behandeling waar het Leidse studententeam in het kader van iGEM aan werkt: fotothermische therapie. Bij deze behandeling krijgt een patiënt nanodeeltjes geïnjecteerd die zich aan de tumorcellen vastbinden. Deze nanodeeltjes worden vervolgens met een laser verwarmd, waardoor ze de tumorcellen doden.
De juiste grootte
Wetenschappers waren er tot nu toe niet in geslaagd om het juiste formaat nanodeeltjes te maken. De deeltjes moeten tussen de vijftig en honderd nanometer zijn, wat zo’n duizend keer kleiner is dan de dikte van een haar. Te grote nanodeeltjes kan je niet goed verhitten en kunnen vast komen te zitten in de bloedbaan. De nanodeeltjes mogen ook weer niet te klein zijn. Ze kunnen dan namelijk binnendringen in celkernen, waar ze DNA-schade kunnen aanrichten.
Om nanodeeltjes van de juiste grootte te maken, schakelt het Leidse team de hulp van een speciale soort bacteriën in. Wanneer je deze bacteriën blootstelt aan opgeloste metaaldeeltjes, kunnen ze de eigenschappen van deze metalen veranderen, waardoor het solide metaaldeeltjes worden. Op deze manier ontstaan er metalen nanodeeltjes van het juiste formaat.
Het iGEM team uit Leiden.
Copyright iGEM team LeidenEen gezamenlijke strijd
De Leidse studenten zijn niet de enigen die nanodeeltjes inzetten in de strijd tegen kanker. Scheikundige Kristina Djanashvili van de TU Delft werkt aan een behandeling met nanodeeltjes tegen borstkanker. “Net als bij hoofd-halskanker zijn de behandelingen van borstkanker vaak ingrijpend, waarbij het bijvoorbeeld nodig kan zijn om de borst van een patiënt te amputeren”, legt Djanashvili uit.
Met haar expertise op het gebied van nanodeeltjes, heeft Djanashvili een goed beeld van de uitdagingen waar het team voor staat: “Hun ontwerp is prachtig, maar het omzetten van hun idee in een werkende therapie kost veel tijd.” Eerst moet het materiaal goed onderzocht worden. Zijn de nanodeeltjes bijvoorbeeld stabiel over tijd? En klonteren ze niet samen? Als de nanodeeltjes wel samenklonteren, worden ze mogelijk alsnog te groot.
Ook moet de toxiciteit van de nanodeeltjes onderzocht worden. Djanashvili: “Om achter de toxiciteit van een bepaalde stof te komen, onderzoekt men vaak wat het effect is van deze stof op kankercellen. Dit is eigenlijk geen goede aanpak, omdat kankercellen door de natuur ontworpen zijn om te overleven. Je kan daarom beter testen op gezonde cellen.” Het Leidse team heeft er rekening mee gehouden dat ze de toxiciteit van hun nanodeeltjes met meerdere tests moeten onderzoeken.
Iedere tumor is anders
De nanodeeltjes moeten natuurlijk ook effectief zijn in het doden van tumorcellen. Djanashvili vraagt zich hierbij af of het verhitten van de nanodeeltjes genoeg effect heeft: “Hitte kan schadelijk zijn voor kankercellen, maar maakt ze niet per se dood.” Om kankercellen toch te doden, gebruikt Djanashvili in haar onderzoek nanodeeltjes met een radioactieve kern. Op deze manier combineert ze het verhitten van nanodeeltjes met radiotherapie. “Maar iedere tumor is anders,” erkent Djanashvili, “dus wellicht werkt de therapie van het team wel tegen hoofd-halskanker.”
Ook de omgeving waarin een tumor zich bevindt, speelt een rol in de effectiviteit van een behandeling. Djanashvili: “Onderzoek naar de werkzaamheid van een nieuw medicijn begint vaak in een reageerbuisje met cellen. Een volgende stap is om het medicijn te testen bij proefdieren, bijvoorbeeld muizen. Als het medicijn kankercellen in de poot van een muis doodt, betekent dit niet dat het ook tumorcellen in de nek van een muis kan doden. Dit komt met name door de bloedvaten die rondom een tumor worden aangelegd, wat op verschillende plekken in het lichaam op een andere manier gebeurt.”
Maar als de therapie van het team uiteindelijk werkt, zou het een mooie toevoeging zijn aan de huidige beschikbare behandelingen. Eén van de huidige behandelingen, radiotherapie, werkt namelijk niet optimaal tegen hoofd-halstumoren. Djanashvili: “Radiotherapie moet herhaaldelijk worden toegepast om effectief te zijn. De kankercellen bouwen hierbij een resistentie op tegen de radioactieve straling. De mate van resistentie verschilt per kankersoort en hoofd-halstumoren worden gemiddeld sneller resistent.”
Van het lab naar een medicijn
Als er indicaties zijn dat een nieuwe behandeling effectief is, is er nog geen garantie dat deze ook beschikbaar wordt voor patiënten. Anke Hövels zet zich namens KWF Kankerbestrijding in om nieuwe geneesmiddelen voor kankerpatiënten op de markt te krijgen. “Na het fundamentele onderzoek en de eerste positieve resultaten bij proefdieren, volgt er nog een lang traject van klinische studies”, vertelt Hövels. “Hierin wordt onderzocht of de nieuwe therapie ook effectief en veilig is voor mensen. Gemiddeld duurt dit proces tien tot vijftien jaar.”
Fundamentele onderzoekers doen veel experimenten in het lab, maar weten vaak minder goed hoe je een ontdekking omzet in een werkend medicijn.
Edward Jenner via Pexels License“Fundamentele onderzoekers doen prachtige dingen, maar weten vaak niet hoe een ontdekking in het lab kan worden omgezet in een behandeling”, geeft Hövels aan. “En dat is ook prima – er is niemand die het hele traject van medicijnontwikkeling overziet. Het feit dat het Leidse team al nadenkt over een patiëntengroep en hun positie in de markt, maakt daarom een grote indruk op mij.”
Het KWF zet zich steeds meer in om fundamentele onderzoekers bewust te maken van de mogelijkheden tot ondersteuning, bijvoorbeeld in de vorm van wetenschappelijk advies. Hövels: “Het is waardevol om zo vroeg mogelijk in de onderzoeksfase wetenschappelijk advies te vragen aan het Europees Geneesmiddelenbureau. Om een medicijn op de markt te brengen, moet het onderzoek aan de richtlijnen van deze organisatie voldoen. Als data verkeerd is opgeslagen, of als apparatuur niet goed is schoongemaakt, zou het zomaar kunnen dat je als wetenschapper terug moet naar de tekentafel.”
Een succesvolle behandeling
Daarnaast is het belangrijk om de details van een nieuwe behandeling steeds duidelijker in beeld te krijgen: “In de farmaceutische industrie spreekt men vaak al vroeg over een zogenaamde waardepropositie. In dit document staat bijvoorbeeld de beoogde patiëntengroep. Ook wordt erin uitgelegd waarom de huidige behandelingen niet volstaan en wat de verwachte effectiviteit is van de nieuwe behandeling. In het begin is dit document vaak nog een luchtkasteel met veel onzekerheden. In iedere nieuwe fase kijkt men in hoeverre er al aan een stenen versie gebouwd is.”
Of een nieuwe behandeling een succes wordt, ligt vaak ook aan het type kanker: “Hoofd-halskanker is een zeldzame kankersoort. Nieuwe geneesmiddelen hiervoor zijn commercieel niet zo interessant voor farmaceutische bedrijven, simpelweg omdat er te weinig patiënten zijn. Het KWF onderzoekt of we medicijnen voor deze zeldzame kankersoorten toch op de markt kunnen krijgen, bijvoorbeeld door samen te werken met universiteiten. We spreken in dat geval van academische farmacie.”
Als uiteindelijk blijkt dat de behandeling van het team op zichzelf staand niet werkt, is dat geen reden om het idee in de prullenbak te gooien. Mogelijk is de therapie dan in combinatie met een andere behandeling alsnog werkzaam. Hövels: “Om kanker te verslaan, is het belangrijk om zoveel mogelijk stokken in het wiel van een tumor te steken.”