Op Nanobodies gebaseerd tegengif toont doeltreffendheid aan tegen 17 Afrikaanse slangensoorten

Slangenbeetvergiftiging is een van de dodelijkste maar meest over het hoofd geziene tropische ziekten ter wereld. De WHO heeft slangenbeetvergiftiging geclassificeerd als een van de 21 verwaarloosde tropische ziekten, die jaarlijks wereldwijd tussen de 100.000 en 150.000 sterfgevallen veroorzaken. Drie keer zoveel mensen overleven met ernstige handicaps, waaronder amputaties en permanente weefselschade.

Slachtoffers van slangenbeten zijn daarom afhankelijk van tegengif, maar de bestaande soorten hebben ernstige beperkingen: deze omvatten onder meer dat ze niet alle medisch relevante slangensoorten omvatten en dat ze niet altijd alle medisch relevante gifstoffen kunnen neutraliseren die in slangengif worden aangetroffen. Dit maakt het lastig om een ​​juiste en optimale behandeling te bieden.

Nu heeft een internationaal team van onderzoekers onder leiding van professor Andreas Hougaard Laustsen-Kiel van DTU Bioengineering een breedspectrum tegengif tegen slangengif ontwikkeld, dat een indrukwekkend potentieel laat zien in laboratoriumstudies. Het tegengif omvat in totaal 17 verschillende Afrikaanse slangensoorten (waaronder cobra’s, mamba’s en rinkhals), biedt betere bescherming tegen weefselschade, heeft een lager risico op immuunreacties en kan volgens de onderzoekers tegen lagere kosten worden geproduceerd dan bestaande tegengif.

De resultaten zijn zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Natuur en markeer het hoogtepunt van een aantal jaren van intensief onderzoek met een duidelijk doel: het ontwikkelen van een tegengif dat een echt verschil kan maken voor slachtoffers van slangenbeten.

“We hebben zowel een morele als mondiale verantwoordelijkheid om bij te dragen aan het oplossen van dit probleem. Het is geweldig dat DTU dit soort onderzoek ondersteunt en ons de kans geeft om te werken aan enkele van de uitdagingen waarmee de wereld wordt geconfronteerd, vooral in Afrika, waar het probleem echt acuut is”, zegt Hougaard Laustsen-Kiel.

In Afrika bezuiden de Sahara worden jaarlijks ruim 300.000 gevallen van slangenbeet geregistreerd. Ruim 7.000 mensen verliezen het leven, terwijl ongeveer 10.000 mensen amputaties ondergaan. De werkelijke omvang – ook mondiaal – is waarschijnlijk veel groter, omdat veel gevallen niet worden gerapporteerd.

Waarom is het nieuwe tegengif zo’n grote prestatie?

Bestaande tegenvenomen worden geproduceerd door paarden te immuniseren met slangengif en antilichamen uit hun bloed te extraheren. Het resultaat is een groot, ongedefinieerd mengsel van antilichamen, waarvan slechts een klein deel de gevaarlijkste gifstoffen target en neutraliseert. Deze methode levert een product op met een grote variatie in kwaliteit en een risico op ernstige bijwerkingen.

“Het bloed van de paarden wordt lichtjes gezuiverd en vervolgens gegeven aan mensen die zijn gebeten door een giftige slang. Het tegengif werkt, maar kan schadelijke bijwerkingen veroorzaken – het is vergelijkbaar met een bloedtransfusie van een paard. Tegelijkertijd varieert de kwaliteit omdat er bij elke productie verschillende paarden worden gebruikt”, legt Hougaard Laustsen-Kiel uit:

‘In plaats daarvan hebben we een tegengif ontwikkeld waarbij we niet voortdurend antilichamen uit dieren hoeven te extraheren. In plaats daarvan hebben we faagdisplaytechnologie gebruikt om ons tegengif te ontwikkelen. Deze methode maakt het mogelijk om effectieve antilichaamfragmenten (nanobodies) te selecteren en te kopiëren en deze later op grote schaal en met constante kwaliteit te produceren. Dit betekent dat we het tegengif in grote hoeveelheden zouden kunnen produceren zonder concessies te doen aan de kwaliteit.’

Er bestaat ook geen enkel tegengif dat alle relevante Afrikaanse slangensoorten omvat. Dit kan vooral problematisch zijn als iemand ergens in Centraal-Afrika wordt gebeten, waar verschillende giftige soorten naast elkaar leven. Zo bevatten het gif van de Kaapse Cobra en de Spuwende Cobra heel verschillende gifstoffen: het gif van de Kaapse Cobra bestaat vooral uit neurotoxinen die het zenuwstelsel verlammen, terwijl het gif van de Spuwende Cobra rijk is aan cytotoxinen, die onder meer weefsel afbreken en tot amputatie kunnen leiden.

Deze grote variatie betekent dat een tegengif dat tegen de ene soort werkt, niet noodzakelijkerwijs tegen een andere soort werkt – en daarom is het van cruciaal belang om een ​​tegengif te ontwikkelen dat meerdere soorten omvat.

De onderzoekers hebben nu een effectiever en breder effectief tegengif ontwikkeld door acht zorgvuldig geselecteerde nanobodies te combineren tot een cocktail die zich richt op het gif van 18 medisch relevante Afrikaanse slangensoorten. Nanobodies zijn een speciaal type antilichaam dat afkomstig is van antilichamen die voorkomen in dieren uit de kamelenfamilie. Nanobodies zijn zowel kleiner als stabieler dan gewone antilichamen.

De onderzoekers ontwikkelden deze nanobodies om zich sterk en nauwkeurig te binden aan veel verschillende soortgelijke gifstoffen, waardoor het tegengif gif van meerdere soorten kan neutraliseren.

Tijdens in vivo testen heeft het tegengif veelbelovende resultaten opgeleverd en een breed spectrum aan slangensoorten bestreken, waardoor het potentieel voor effectieve behandeling in praktijkgevallen is vergroot. In experimenten waarbij het tegengif rechtstreeks met het gif werd gemengd voordat het werd geïnjecteerd, neutraliseerde het met succes het gif van 17 van de 18 geteste verschillende slangensoorten, met uitzondering van een van de groene mamba’s.

Het nieuwe tegengif laat ook veelbelovende resultaten zien tegen lokale weefselschade. Nanobodies dringen sneller en dieper door in het weefsel dan de grotere antilichamen in de huidige antivenoms. Zelfs bij uitgestelde behandeling lijken nanobodies de weefselschade effectief te verminderen, terwijl de huidige tegengif slechts een beperkt effect heeft.

Tegelijkertijd brengen nanobodies een veel lager risico op ernstige immuunreacties met zich mee vergeleken met de huidige antivenoms. Dit betekent dat de behandeling eerder kan worden gestart, zonder te wachten op duidelijke symptomen – in tegenstelling tot de huidige praktijk, waar artsen de toediening vaak uitstellen om gevaarlijke bijwerkingen te voorkomen.

Wanneer zal het tegengif op de markt verkrijgbaar zijn?

Hoewel het tegengif veelbelovende resultaten laat zien, is het nog niet op mensen getest en is er nog een weg te gaan voordat het op de markt komt.

De effectiviteit van het tegengif is beperkt als het wordt gegeven na blootstelling aan het gif. Het gif van bepaalde soorten, zoals de zwarte mamba en boscobra, werd slechts gedeeltelijk geneutraliseerd. Dit laat zien dat zowel de samenstelling van het gif als het tijdstip van de behandeling erg belangrijk zijn – en dat het tegengif nog niet in alle gevallen volledige bescherming biedt.

De onderzoekers werken nog steeds aan het verfijnen en verbeteren van de inhoud van het tegengif, zodat de definitieve versie nog betere bescherming kan bieden aan slachtoffers van slangenbeten en de kans op het redden van levens kan vergroten.

“We hebben al een van de nanobodies geüpgraded en zijn bezig met het verbeteren van een andere. We leren gaandeweg voortdurend nieuwe dingen, en het kan blijken dat er in de toekomst enkele kleine aanpassingen nodig zullen zijn”, legt Hougaard Laustsen-Kiel uit.

Investeringen in ontwikkeling en productie zijn in Afrika moeilijk aan te trekken – vooral omdat de zwaarst getroffen landen vaak arm zijn en een beperkte koopkracht hebben. Niettemin wijst Hougaard Laustsen-Kiel erop dat het nieuwe tegengif economische voordelen heeft: “Wij schatten dat het tegengif geproduceerd kan worden voor minder dan de helft van de huidige prijs. Dit komt deels doordat er minder werkzame stof nodig is om hetzelfde effect te bereiken. Tegelijkertijd hebben nanobodies een zeer hoge fysieke stabiliteit, wat de opslagkosten zou kunnen verlagen.”

De onderzoekers werken er hard aan om de nodige financiering binnen te halen, zodat de ontwikkeling van het tegengif kan worden versneld. Met de juiste steun schatten de onderzoekers dat klinische proeven binnen één tot twee jaar zouden kunnen beginnen, en dat een eindproduct mogelijk binnen drie tot vier jaar klaar zou kunnen zijn – met het potentieel om duizenden levens te redden.

Hougaard Laustsen-Kiel is in dialoog geweest met verschillende bedrijven, organisaties en partners om een ​​weg vooruit te vinden, maar er zijn nog geen definitieve beslissingen genomen. Het tegengif lijkt echter een veelbelovende kandidaat voor een baanbrekende behandeling.

“Natuurlijk moet ik oppassen dat ik niet te veel beloven, maar als er geen ander tegengif opduikt dat beter is, ben ik er vrij zeker van dat ons tegengif – vergeleken met de middelen die momenteel op de markt zijn – de breedste dekking van slangensoorten heeft”, zegt Hougaard Laustsen-Kiel.

“We zijn klaar om aan de slag te gaan en hopen dat iemand in het project wil investeren. Ons tegengif heeft het potentieel om de manier waarop slangenbeten over de hele wereld worden behandeld fundamenteel te veranderen.”