Leidenaren ontwikkelen een volautomatische zebravis­larven­scanner om medicijnen te screenen. ‘Hiermee kunnen we ook twee hoofdpijnproblemen van de farma onderzoeken: de toxiciteit en de opname en afbraak van een middel.'

Onder de lichtmicroscoop hangt een heel dun glazen buisje waar de larfjes van de zebravis (Danio rerio), enkele millimeters lang, doorheen kunnen stromen. Zo­dra er een voor het objectief komt, stopt de vloeistofstroom. Een motortje, verbonden met een lokaal softwaresysteem voor automatische beeldherkenning, draait het larfje in de juiste positie voor de fluorescentie­microscoop. Die microscoop zorgt voor kleurenbeelden van fluorescerende organen, cellen of bacteriën.

‘Zo kunnen we zes larfjes per minuut doorlichten en zien of potentiële geneesmiddelen effect hebben, bijvoorbeeld op lastige bacteriële infectieziektes als tuberculose’, vertelt Herman Spaink over het bio-imagingsysteem VAST (vertebrate automated screening technology) van Union Biometrica in Boston. Spaink is wetenschappelijk directeur van het Instituut Biologie Leiden en hoogleraar moleculaire celbiologie aan de Universiteit Leiden.

Tuberculosemodel

‘Het grote voordeel van zebravislarfjes als modelorganisme is dat ze volledig transparant zijn, een korte levenscyclus hebben, en dat we elk celtype en orgaan fluorescerend kunnen laten oplichten’, vertelt Spaink bevlogen. ‘Je kunt vier kleuren tegelijk analyseren, dus vier verschillende celtypes in een run. Maar het meest bijzonder aan het zebravismodel is dat de larf al een ontwikkeld immuunsysteem heeft, en daarom interessant is als model voor bijvoorbeeld tuberculose-infecties.’

Tuberculosebacteriën leven en vermenigvuldigen zich in macrofagen en worden in toenemende mate resistent tegen antibio­tica. Spaink toont een timelapse waarin groene macrofagen vol met rode bacteriën door de larf bewegen. Een blauw oplichtende neutrofiel, een type witte bloedcel, die zich ook aan een rode tuberculosebacterie had gewaagd, lost plotseling in het niets op. De bacterie overwint, en laat zich opeten door macrofagen. ‘Medicijnen screenen op werking is belangrijk voor de industrie, maar wij willen ook onderzoeken hoe tuberculose werkt op moleculair niveau. En kijken of we bijvoorbeeld neutrofielen kunnen bewapenen tegen die bacteriën, zodat ze niet in macrofagen gaan leven’, vertelt de celbioloog.

De larf heeft al een ontwikkeld immuunsysteem

Bijwerkingen

Er vallen veel stoffen af, niet omdat ze niet werken, maar omdat ze toxisch zijn. ‘Of een stof heeft in het begin nauwelijks bijwerkingen, maar blijkt jaren later bij gebruik toch ernstige bijeffecten te hebben. Dat is een rampscenario voor de industrie’, weet Spaink. Ook daarbij kunnen de zebravislarf en de VAST bio-imager helpen. ‘Terwijl we testen op de werking kunnen we tevens kijken of er bijwerkingen optre­den.’

Afwijkende botontwikkeling is een van de hoofdbijeffecten van geneesmiddelen. Het gespleten gehemelte, bij de mens vaak herkenbaar aan de hazenlip, is er in vele gradaties. Het is gevoelig voor een geringe toxische dosis. Bij proefdieren is dat eveneens een van de eerste effecten.

Spaink laat op het scherm de botstructuur van het kopje van een zebravislarfje, ongeveer 150 µm groot, ronddraaien. Het is een gecompliceerd geheel van botjes waarbij de kaak, bek en oogholtes duidelijk zichtbaar zijn en verschillend ingekleurd. Dat gebeurt nu nog met de hand, straks automatisch. ‘Als er iets met botontwikkeling aan de hand is, dan kunnen we dat nu, met dank aan bioinformaticus Fons Verbeek van het Computer Science Instituut in Leiden, heel precies meten door de volumes van al die botjes te berekenen en de ontwikkeling te volgen.’

Opname en afbraak

Om te bepalen of de werkzame stof op de goede plek komt, werkt Spaink samen met de metabolomicsgroep van Thomas Hankemeier van het Leiden Metabo­lomics Center. ‘Zo goed als we bacteriën heel precies kunnen injecteren in een viseitje, zo goed kunnen we ook iets uit een larf halen. Met een heel klein glazen naaldje nemen we een monster van een nanoliter voor analyse met een massaspectrometer. Op die manier kunnen we meten of medicijnen opgenomen worden en zo ja, waar ze terechtkomen.’

Tegelijkertijd kunnen ze de afbraakproducten en de uitscheiding van de stof in de tijd volgen, de farmacokinetiek. ‘Met VAST kunnen we het volume van het larfje, een fractie van een microliter, heel accuraat meten en zo exact uitrekenen wat de concentraties van de stoffen is’, vertelt Spaink. In de toekomst wil hij van elk orgaan waarvoor een kleurmarker is het volume kunnen bepalen, en meten welke organen het medicijn heeft bereikt. ‘Niet alleen organen, ook celtypes zoals immuuncellen. Je wilt namelijk meten of de stof tegen tuberculosebacteriën naar de macrofagen toe gaat. Dat is het grote vooruitzicht.’

Je wilt meten of de stof de macrofagen bereikt

Translatie

Uiteindelijk moeten onderzoekers de resultaten van het diermodel vertalen naar de mens. Voor het zebravismodel heeft het Leidse team nu laten zien dat de techniek werkt voor de modelstof paracetamol. Over de afbraaksnelheid en de uitscheiding van die stof is veel bekend bij volwassenen, kinderen, koeien, paard en muizen. ‘Onze resultaten passen netjes in het schalingsmodel. Dit gaan we herhalen voor veel bekende stoffen, zodat men vertrouwen krijgt in de techniek en ziet dat de resultaten goed vertaalbaar zijn naar de mens.’ Spaink is ervan overtuigd dat het zebravislarvenonderzoek minstens zo nuttig zal blijken voor het voorspellen van de bruikbaarheid van medicijnen als de vele muisstudies die farmaceuten nu uitvoeren.