De meeste medische behandelingen op de markt volgen een one-fits-all benadering. Als gevolg daarvan werken medicijnen voor de meeste patiënten, maar niet voor degenen van wie het lichaam niet reageert op de medicatie. Dankzij een beter begrip van ziekten op moleculair niveau in de afgelopen jaren, komen we steeds dichterbij zorg op maat.
Waarom dit belangrijk is:
In de komende decennia zullen we meer gezondheidszorg nodig hebben dan ooit, dus het ontwikkelen van effectieve behandelopties, zoals precisiegeneeskunde, is cruciaal om zoveel mogelijk zorgopties te bieden.
Precisiegeneeskunde is een opkomende benadering van de behandeling en preventie van ziekten, waarbij rekening wordt gehouden met verschillen in de genen, de omgeving en de levensstijl van mensen. Deze aanpak, ook bekend als gepersonaliseerde geneeskunde, heeft als doel de juiste behandelingen op het juiste moment aan de juiste patiënten aan te bieden.
Het Belgische micro-elektronica onderzoekscentrum imec organiseerde een sessie over de ontwikkelingen in precisiegeneeskunde tijdens zijn ITF Flanders evenement. Met onderzoeksvoorbeelden van het instituut en zijn partners kwamen tijdens de breakout sessie verschillende voorbeelden naar voren die hoop bieden voor enkele van de moeilijkst aan te pakken ziektes, zoals hersenkanker.
Nieuwe oplossingen voor de behandeling van kanker
Een van de medische domeinen waar gepersonaliseerde geneeskunde de meeste voordelen kan bieden is oncologie, de tak van de geneeskunde die zich richt op de behandeling van kanker. Hersentumoren behoren tot de moeilijkst te behandelen tumoren. “Daar zijn verschillende redenen voor: hersentumorcellen zijn vaak verspreid over de hele hersenen en hoewel in de meeste gevallen chirurgisch wordt verwijderd, kan niet het hele orgaan worden verwijderd. Bovendien spelen bij verschillende patiënten veel genetische factoren een rol,” zegt Frederik De Smet. Hij is bio-ingenieur en onderzoeksprofessor aan de Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), die het licht liet schijnen op single-cell omics als techniek om precisieoncologie mogelijk te maken.
Single-cell omics houdt in dat elke tumorcel beter wordt geprofileerd om de aard van celtypes te begrijpen. Hoewel de techniek betere inzichten biedt in de aard van kanker, worstelen wetenschappers nog steeds met het koppelen van de juiste therapie. Functionele precisieoncologie kan een antwoord bieden. Deze technieken bestaan uit het in leven houden van sommige cellen van kankerpatiënten – na ze verwijderd te hebben – door er verschillende therapieën op toe te passen om te begrijpen hoe cellen reageren. “Een voorbeeld komt uit een recent onderzoek bij leukemiepatiënten.Nadat ze bloedmonsters hadden genomen, testten ze een reeks therapieën op de tumorcellen en rangschikten deze op basis van effectiviteit. Toen ze elke patiënt het meest effectieve medicijn gaven, zagen de onderzoekers een aanzienlijke verbetering van de conditie”, benadrukte de onderzoeker.
De Smet en zijn collega’s proberen deze technieken ook te gebruiken om hersenkanker te behandelen.Ze hebben met name gewerkt aan het verzamelen van een biobank in Belgische ziekenhuizen, het profileren van cellen en het creëren van experimentele behandelingsmodellen.
Medicijnen sneller ontdekken met AI
Van alle medicijnen die klinische tests ondergaan, komt slechts 8% op de markt. Hoe kan AI de ontdekking van geneesmiddelen versnellen en behandelingsmogelijkheden bieden voor ziekten die momenteel ongeneeslijk zijn? Bij imec onderzoeken ze de mogelijkheden om het te gebruiken om nieuwe medicijnen te ontdekken.
“Je kunt het ontwerp van een nieuw medicijn vergelijken met het inpassen van een sleutel in een nieuw slot. De sleutel is het medicijn en het slot is de stof die de ziekte veroorzaakt, meestal een slecht functionerend eiwit. Als een nieuw medicijn in de holte van een gericht eiwit past, kan het dat eiwit vergrendelen of ontgrendelen, wat de effectiviteit van dat medicijn bepaalt,” zegt Nele Gerrits, onderzoeker bij imec. Bovendien moet een medicijn gemakkelijk te produceren en niet giftig zijn.
De huidige simulatietests zijn gebaseerd op experimenten in natte laboratoria, waarmee een beperkt aantal kandidaten kan worden getest. Met AI-voorspellingsmodellen kunnen daarentegen meer kandidaten worden gescand, waardoor de kans op het vinden van een geschikte molecule toeneemt. De impact van AI op de ontdekking van geneesmiddelen is echter nog beperkt door de beperkte verwerkingscapaciteit van wetlabs. Bij imec zijn wetenschappers meer data aan het verzamelen voor bruikbare AI-modellen, door wetlabs op chips te bouwen, meer data te genereren en vervolgens AI-algoritmes te trainen die uiteindelijk nieuwe en ad hoc behandelingsmogelijkheden kunnen ontrafelen.
DNA-synthese met chiptechnologie
DNA bevat al onze genetische informatie, die wordt overgedragen naar RNA en van daaruit wordt vertaald naar eiwitten die vele taken in ons lichaam uitvoeren. In zekere zin is greep krijgen op DNA de toegangsdeur tot hoe het menselijk lichaam zich gedraagt. Om alle mogelijkheden van het ontdekken van medicijnen te onderzoeken, moeten wetenschappers DNA vanaf nul schrijven, aangezien er verschillende opties bestaan.
Eén manier om dat te doen is via chemische synthese, wat imec-onderzoeker Kathrin Hoelz vergelijkt met het bouwen van een toren door verschillende blokken op elkaar te stapelen. “We kunnen het overbrengen naar een chipoppervlak, waar tienduizenden DNA-strengen kunnen worden gekweekt, schakelend op de verschillende chipelektroden. Op deze manier kunnen we volledige DNA-lijnen maken,” onderstreepte ze. Het opschalen van deze technologie is het belangrijkste aspect waar onderzoekers aan werken in de hoop de ontdekking van medicijnen te versnellen.
Genetische modificatie
Technieken voor genetische modificatie kunnen ook nuttig zijn bij het ontdekken van geneesmiddelen. Frauke Christ, innovatiemanager aan de KU Leuven, sprak over het gebruik van CRISPR-Cas voor het ontdekken van geneesmiddelen. Met deze aanpak kunnen wetenschappers het DNA van levende organismen wijzigen. Het CRISPR-Cas systeem werkt op microscopisch niveau: het vindt een specifiek stukje DNA in een cel en verwijdert, vervangt of voegt op die plaats een stukje DNA in, waardoor de eigenschappen van die sequentie veranderen. De onderzoeksgroep van Christ koppelt deze genetische techniek aan in vitro modellen om de toepassing op taaislijmziekte te bestuderen. Deze genetische ziekte treft vooral kinderen en tast alle slijmvliesweefsels van het lichaam aan, waardoor uiteindelijk de longen en het spijsverteringsstelsel beschadigd raken. Onlangs herstelden onderzoekers van de KU Leuven de genetische mutatie veroorzaakt door taaislijmziekte met CRISPR-Cas. Belgische onderzoekers gaan nu ook proberen om dezelfde genbewerkingstechniek te gebruiken om doelwitten voor geneesmiddelen te identificeren, zodat de behandeling kan worden afgestemd op zelfs de genetische kenmerken die een patiënt kan hebben.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
