Nieuwe methode onthult medicijnmoleculen op nanoschaal in cellen

Onderzoekers van Chalmers University of Technology en partners binnen de Chemical Imaging Infrastructure hebben een methode ontwikkeld waarmee op nanoniveau kan worden gezien waar een medicijn in de cellen terechtkomt en hoeveel daarvan nodig is voor een optimale behandeling. De techniek maakt de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen en behandelingen op maat mogelijk voor ziekten die voorheen niet te behandelen waren.

“Zonder iets toe te voegen dat de cel aantast, kunnen we een unieke precisie produceren op nanoniveau. Dat kan niet met vergelijkbare methodes die nu in gebruik zijn”, zegt Per Malmberg, directeur infrastructuur en senior onderzoeker bij de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie aan de Chalmers University of Technology.

Dankzij de uitgebreide kennis van het menselijk genoom kunnen onderzoekers effectievere medicijnen ontwerpen die werken door specifieke doelen in het binnenste van de cel aan te vallen. Deze vooruitgang maakt het ook noodzakelijk voor medicijnontwerpers om na te denken over hoe hun moleculen zich in de cel gedragen.

De nieuwe methode, ontwikkeld door de partners binnen de Chemical Imaging Infrastructure, wordt beschreven in een recent verschenen whitepaper. Het omvat verbeterde geavanceerde technologie en kennis om biologische geneesmiddelen, zoals peptiden en oligonucleotiden, in menselijke cellen met een aanzienlijke betrouwbaarheid te analyseren en te kwantificeren.

De nieuwe methode is gebaseerd op het NanoSIMS-instrument (secundaire ionenmassaspectrometrie op nanoschaal), ontwikkeld door CAMECA, dat moleculen met hoge resolutie op nanoschaal kan meten en in beeld kan brengen en dat sinds 2015 beschikbaar is bij de chemische beeldvormingsinfrastructuur. Het instrument wordt algemeen toegepast door de wetenschappelijke gemeenschap voor onderzoek, maar het is nog niet toegepast op de ontwikkeling van geneesmiddelen.

“Vergeleken met vergelijkbare technieken geeft de NanoSIMS-methodiek veel snellere en nauwkeurigere antwoorden. Met onze techniek kan een medicijnproject binnen ongeveer vier weken antwoord krijgen, en er zijn goede mogelijkheden om de tijd nog verder te verkorten”, zegt Per Malmberg.

Betekenis voor onvervulde medische behoeften

Tot nu toe werkten onderzoekers met gekweekte cellen, maar de techniek kan ook gebruikt worden om weefsel te onderzoeken. Op de lange termijn zou het ook kunnen worden gebruikt om te onderzoeken wat er gebeurt in individuele cellen in een orgaan waar het medicijn geacht wordt te werken. Dit zou een sleutel kunnen zijn tot een beter begrip van bijvoorbeeld neurodegeneratieve ziekten, zoals ALS of de ziekte van Parkinson, en kanker.

De farmaceutische industrie heeft grote behoefte aan het ontwikkelen en toepassen van methodologieën voor de kwantificering van geneesmiddelmoleculen op nanoschaal en hun distributie op subcellulair niveau.

“Ik ben erg blij dat we erin zijn geslaagd om medicijnen in cellen in beeld te brengen. Er kan veel gebeuren met een medicijn als het eenmaal in de cel zit. Nu we voor het eerst waarnemingen op dit niveau kunnen doen, kunnen we kritische informatie die ons zal helpen bij het ontwerpen van medicijnen voor ziekten die voorheen niet te behandelen waren”, zegt Michael Kurczy, Associate Principal Scientist bij AstraZeneca.

Samenwerking sleutel tot nieuwe resultaten

Onderzoekers van Chalmers University of Technology en de University of Gothenburg zijn verantwoordelijk voor de ontwikkeling, in samenwerking met AstraZeneca, AstraZeneca’s BioVentureHub en het bedrijf CAMECA. Door de gezamenlijke kennis en expertise van de infrapartners op het gebied van preparatie en meting van monsters te bundelen, zijn resultaten bereikt die zonder deze samenwerking niet mogelijk waren geweest.

“Het is een geweldige kans voor onderzoekers, vooral jonge, om te werken op het snijvlak van de academische wereld, de industrie en de techniek. De synergie tussen het directe inzicht van de ontwikkelaars in de behoeften en problemen van de industrie, en de expertise en ideeën van de onderzoekers over hoe ze zou kunnen worden opgelost, is cruciaal geweest om ons in staat te stellen nieuwe, waardevolle hulpmiddelen te presenteren, die zullen leiden tot een aanzienlijke verbetering van de geneesmiddelenontwikkelingsprocessen en daarmee de kwaliteit van het leven van mensen”, zegt Thi Ngoc Nhu Phan, assistent-professor aan de Universiteit van Göteborg .