Naar de content

Een coronavaccin uit insectencellen

Een vrouw in een laboratoriumjas die aan een monster werkt.
Een vrouw in een laboratoriumjas die aan een monster werkt.
Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

Wageningse wetenschappers werken sinds april aan een coronavaccin, gemaakt met insectencellen. Hoe staat de ontwikkeling er nu, bijna zes maanden later, voor? NEMO Kennislink nam een kijkje in het laboratorium.

21 oktober 2020

Ik hijs me in een grote, witte labjas en volg viroloog Gorben Pijlman door de felgroene gang naar het virologielab. Vlak bij de ingang staat een groot, zilverkleurig apparaat dat iets weg heeft van een oven. Daarin groeien de insectencellen. Bovenin geeft een schermpje de temperatuur aan: 27 graden Celsius. “Bij die temperatuur groeien de insectencellen het best”, legt Pijlman uit. Hij opent de deur. Binnenin zie ik allemaal kleine, platte flesjes met een gelige vloeistof. Dat is een cocktail van voedingsstoffen die de cellen nodig hebben om te groeien. De cellen zelf zie ik niet. “Maar ze zitten er wel”, verzekert Pijlman me. “Ze zitten vastgekleefd aan de bodem en groeien daar vrolijk verder”.

In deze ‘oven’ groeien de cellen van de nachtvlinders in kleine, platte kweekflesjes.

 Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

De cellen zijn afkomstig van nachtvlinders en worden hier in het lab al jarenlang gebruikt. Sinds april spelen ze ook een belangrijke rol in de strijd tegen het coronavirus. Na maanden werk, hebben de Wageningse onderzoekers hun eerste product in handen. Dit is een van de bijna tweehonderd vaccinkandidaten die wetenschappers wereldwijd maken. Terwijl het ene vaccin nog in de kinderschoenen staat, worden andere al getest op mensen. Het vaccin van Wageningse bodem zal de komende weken getest worden in muizen. Uit die muizenstudie moet blijken of het vaccin het immuunsysteem traint. Wellicht is dit het vaccin dat ons straks gaat beschermen tegen het coronavirus – heel bijzonder om dat productieproces van dichtbij te kunnen bekijken.

Het virus bestrijden met een virus

Hoe maak je nu een vaccin in insectencellen? De onderzoekers gebruiken de cellen van nachtvlinders als fabriekjes om kleine spijker-vormige eiwitten na te maken die op de buitenkant van het coronavirus zitten. Deze spijkereiwitten vormen de basis van het vaccin. Die plakken de wetenschappers vervolgens op ronde piepkleine deeltjes, waardoor het geheel lijkt op een virus, maar niet schadelijk is. Het idee hierachter is dat ons immuunsysteem deze eiwitten op de kleine deeltjes herkent als indringer en er vervolgens antistoffen tegen aanmaakt. Daarover slaat het een soort notitie in zijn geheugen op. Als in de toekomst dan ooit het echte coronavirus het lichaam binnendringt, dan grijpt het immuunsysteem in. Het herkent het coronavirus via de gemaakte notitie en opent de aanval.

Voor de kweek van vaccins in de insectencellen, gebruiken de onderzoekers ironisch genoeg een virus. Maar dan wel een voor mensen onschadelijk insectenvirus: het zogeheten baculovirus. Dat baculovirus is de boodschapper die cellen aanspoort om spijkereiwitten te maken. Dat is mogelijk doordat promovendus Linda van Oosten het gen voor het spijkereiwit in het baculovirus plaatste. Zo dragen de genetisch aangepaste virussen de blauwdruk van het vaccin bij zich. Vervolgens infecteren de virologen de insectencellen in de flesjes die Pijlman mij liet zien. Het insectenvirus injecteert dan de genetische code van de spijkereiwitten in de insectencel, waarna de cellen dat DNA aflezen en het spijkereiwit van het coronavirus maken. “Zulke complexe spijkereiwitten kunnen onze insectencellen in grote hoeveelheden produceren”, aldus Pijlman.

Verderop in het lab werkt een onderzoeker in een grote kast met een glazen raam dat net genoeg ruimte overlaat om haar armen onderdoor te steken. Er komt een lawaai vanaf alsof er een ventilator in verborgen staat. Zulke kasten gebruiken de onderzoekers wanneer ze met de insectencellen werken, bijvoorbeeld wanneer ze de cellen infecteren met het insectenvirus of wanneer ze cellen van het ene, naar het andere flesje verplaatsen. Dat laatste moeten ze iedere paar dagen doen, omdat de cellen zich iedere twintig uur verdubbelen en er al snel te veel cellen op een hoopje groeien, waardoor ze ‘gestrest’ raken en uiteindelijk dood kunnen gaan.

“De kast houdt bacteriën en schimmels buiten als we werken met de insectencellen”, legt Pijlman uit. “Zulke verontreinigingen kunnen de cellen namelijk doden of het proces verstoren.” Het geluid dat ik hoorde komt uit een rooster voorin de kast. Het zuigt lucht aan, filtert alle micro-organismen eruit en blaast het vervolgens van bovenaf door de kast. De luchtstroom vormt daarmee een barrière en voorkomt dat rondzwevende micro-organismen in de lucht de kast in dwarrelen.

In deze steriele kasten werken de onderzoekers met insectencellen. Voorin de kast bevindt zich een rooster dat lucht aanzuigt en filtert.

 Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

‘Slimme’ bioreactoren

De kleine, platte kweekflesjes gebruiken de virologen vooral om op kleine schaal te bestuderen hoe de cellen en insectenvirussen zich gedragen en of ze inderdaad spijkereiwitten produceren. Grote hoeveelheden virusdeeltjes voor het vaccin maken de wetenschappers niet in de flesjes, maar in grotere vaten (bioreactoren) vol met insectencellen.

Om bij de bioreactoren op de afdeling bioproceskunde te komen, moeten we een kleine wandeling door het gebouw maken. Vlak bij de ingang treffen we Jort Altenburg, de promovendus die zich bezighoudt met de productie van het coronavaccin in grotere reactoren. In het laboratorium van Altenburg staan een aantal kleine reactoren van een halve liter en ook een grote van vijftien liter. In die vaten groeien de onderzoekers de insectencellen en infecteren ze de cellen met het insectenvirus.

In deze bioreactoren groeien insectencellen die de spijkereiwitten van het coronavirus maken.

 Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

Wanneer het insectenvirus een tijdje heeft huisgehouden en de cellen spijkereiwitten geproduceerd hebben, halen de wetenschappers de bioreactor leeg en scheiden de vloeistof met de spijkereiwitten van de cellen. “De timing van dat moment is belangrijk”, zegt Pijlman. “Als we te vroeg zijn, hebben de cellen nog niet voldoende vaccin gemaakt. Maar als we te lang wachten, gaan er te veel cellen dood. Dan barsten ze open en vermengt alle inhoud ervan zich met de spijkereiwitten, waardoor het een rommeltje wordt.”

Schoonmaken

Omdat de virologen een zo schoon mogelijk product willen, houdt Altenburg de cellen nauwlettend in de gaten. Dat doet hij met een speciaal apparaat met een ingebouwde, holografische microscoop. Die zit aangesloten op de reactor. “De microscoop maakt voortdurend opnames”, vertelt Altenburg. “Op het beeldscherm volgen we zo precies de groei van de cellen.” Vlak voordat de cellen doodgaan, veranderen ze van vorm, waardoor de computer kan inschatten hoeveel cellen er dood zijn en nog leven. Gemiddeld laten de onderzoekers het insectenvirus iets meer dan drie dagen zijn gang gaan. “Op dat punt maken de cellen genoeg spijkereiwitten, maar barsten de cellen nog niet open”, vertelt Pijlman.

Daarna volgt nog een extra schoonmaakstap om alle rotzooi en insectenvirussen weg te filteren zodat alleen de spijkereiwitten overblijven. Die schoonmaak kun je vergelijken met zanderige groente wassen in een vergiet. Het vuil en water loopt erdoor, maar je eten blijft erin hangen en wordt mooi schoon.

Met de ingebouwde microscoop volgen de onderzoekers de insectencellen. Het beeldscherm toont foto’s van de cellen en geeft ook aan hoeveel cellen in de bioreactor nog leven.

 Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

Nog weinig vaccineiwitten

Wanneer het Wageningse coronavaccin effectief blijkt en op grote schaal geproduceerd moet worden, zijn de reactoren van de universiteit bij lange na niet voldoende. “Dan hebben we al snel meerdere reactoren nodig van een paar duizend liter”, zegt Pijlman. Op dat moment verplaatsen de wetenschappers het productieproces naar een fabriek waar wel zulke capaciteit aanwezig is.

Maar zover is het nog niet. Op dit moment maken de insectencellen in een kleine bioreactor van een halve liter net genoeg vaccin om zes tot acht personen te vaccineren. “Dat is nog erg weinig”, vindt Pijlman. “Bovendien is de voedingscocktail die we gebruiken duur, waardoor de kosten flink zullen oplopen.” Terwijl de veiligheid en functionaliteit van het vaccin getest wordt in muizen, zoeken de Wageningse virologen naar manieren om de opbrengst omhoog te schroeven. “Dat is lastig, want het spijkereiwit dat we maken, is zo groot en complex dat het de cellen moeite kost”, legt Pijlman uit.

Insectencellen hebben net als insecten lucht nodig. Altenburg laat zien hoe hij met de computer lucht de grote bioreactor inblaast om insectencellen te voorzien van zuurstof.

 Nicole van 't Wout Hofland voor NEMO Kennislink via CC BY 2.0

Dat is een flink nadeel ten opzichte van bijvoorbeeld het Amerikaanse Moderna-vaccin, dat geen gebruik maakt van eiwitten, maar van RNA. Zo’n vaccin, dat uit puur genetisch materiaal bestaat, kunnen wetenschappers snel en in grote hoeveelheden maken. Toch koos Pijlman voor eiwitten. “De methode met RNA is nieuw en daar is nog niet veel over bekend. Met eiwit-vaccins hebben we al jarenlang ervaring, we weten dat ze veilig zijn en we hebben de productietechnieken goed onder de knie”.

Insectencellen al vaker gebruikt

Het coronavaccin is niet het eerste vaccin dat wetenschappers maken in insectencellen. Voor het vaccin tegen het humaan papillomavirus (HPV), het virus dat onder andere baarmoederhalskanker veroorzaakt, gebruikten onderzoekers dezelfde methode. Sinds 2009 worden meisjes van twaalf en dertien jaar opgeroepen om dit vaccin tegen HPV te halen.

Samenwerking

Het Wageningse team van zes personen staat er niet alleen voor. Vanaf dag één werken ze samen met Deense onderzoekers en verschillende bedrijven in Europa. De Wageningse Pijlman werd in april benaderd door de Deense wetenschappers, de initiatiefnemers van het project. “Ze vroegen of ik mee wilde werken aan een coronavaccin”, vertelt Pijlman enthousiast. “Gezien de heftige wereldwijde uitbraak van het virus hoefde ik daar niet lang over na te denken, ik zei direct ja”. In Denemarken werken de onderzoekers aan een soortgelijk vaccin, maar dan met cellen van fruitvliegjes. Bovendien maken zij net een ander deel van het virus na.

Het vaccin van de Denen loopt iets voor op dat van Wageningen, en is ondertussen getest in muizen. In deze dieren wekte het vaccin effectieve antistoffen op tegen het coronavirus. De komende weken gaat het Wageningse vaccin hetzelfde traject in. De onderzoekers hopen ook met het Nederlandse vaccin antistoffen op te wekken. “Maar”, benadrukt Pijlman, “een muis is niet hetzelfde als een mens en we kunnen mensen ook niet bewust blootstellen aan het coronavirus, zoals wel bij muizen gebeurt.” Zelfs bij goede resultaten in muisstudies, is het dus nog afwachten of het vaccin effectief is in mensen.

Andere coronavaccins , zoals het Moderna vaccin, zitten in een verder gevorderd stadium. Daarbij testen wetenschappers het vaccin al op mensen. In vergelijking hiermee lopen Wageningen en Denemarken dus achter. “We zullen niet de eerste zijn die een vaccin op de markt brengt, maar dat was ook nooit ons doel”, vertelt Pijlman. “Hier in Wageningen werken we met een klein team, terwijl grote farmaceutische bedrijven honderden wetenschappers aan het werk hebben en daarnaast gebruik maken van geautomatiseerde processen”.

Pijlman ziet het niet als een competitie. “We zoeken allemaal naar een oplossing voor hetzelfde probleem en daarom is het goed om meerdere aanpakken te volgen”, zegt hij. Bovendien denkt Pijlman dat één vaccin en één productieplaats niet voldoende is om ruim zeven miljard vaccins te maken. Dat is bovendien een flinke last op de schouders van één bedrijf. Meerdere varianten en verschillende productieplaatsen zijn daarom gunstig, vindt de viroloog.

Ook als het Wageningse vaccin niet op de markt komt, heeft het Pijlman veel goeds gebracht. In de afgelopen maanden dienden veel wetenschappers binnen de universiteit zich aan die wilden helpen. “Voor de coronacrisis ging dat minder eenvoudig, omdat geld altijd een rol speelde”, vertelt Pijlman. Daarover werd nu niet gesproken. “Het afgelopen halfjaar heeft de afdeling virologie dus veel nieuwe samenwerkingen opgeleverd die we zonder de coronacrisis niet gehad zouden hebben”, aldus Pijlman.

ReactiesReageer