Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie leven er wereldwijd momenteel ongeveer 50 miljoen mensen met neurodegeneratieve aandoeningen, een aantal dat naar verwachting zal toenemen naarmate de wereldbevolking vergrijst. Neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson en de ziekte van Alzheimer, zijn progressieve aandoeningen die in de loop der tijd delen van het zenuwstelsel beschadigen en vernietigen, met name in de hersenen.

De huidige therapieën voor neurodegeneratieve aandoeningen kunnen alleen de symptomen verminderen; ze stoppen de progressie van de ziekte niet. Een belangrijk knelpunt is dat de doorgang van moleculen naar de hersenen beperkt is. Wetenschappers onderzoeken daarom manieren om medicijnen naar de hersenen te transporteren.

In een gezamenlijk onderzoeksproject van de MMD TechHub werkt Ioana Ilie, universitair docent Computationele Chemie, samen met Joost Reek, hoogleraar Supramoleculaire Katalyse, en Carlos Fitzsimons, universitair hoofddocent Structurele Hersenenplasticiteit. Samen bedachten ze een nieuwe manier om medicijnen, met name een bepaald type RNA, toe te dienen met behulp van minuscule nanokooien.

Vroege interventie

Onderzoek naar medicijnafgifte richt zich voornamelijk op nanodeeltjes die medicijnen inkapselen. Zodra deze nanodeeltjes de doellocatie bereiken, openen ze zich en geven ze het medicijn vrij. Ilie legt uit: 'Onze nanokooien werken anders omdat ze kleiner zijn dan conventionele nanodeeltjes. We gebruiken complexen van metaal-organische kooien waaraan de medicijnen worden vastgemaakt.'

Het hoofddoel van het onderzoeksproject is het optimaliseren van het ontwerp van de nanokooien, met een specifieke focus op het gebruik ervan voor de afgifte van een specifiek type RNA. In de cel kan deze ‘silencing’-RNA de productie van ziektegerelateerde moleculen verstoren. Dit zou mogelijk verdere ziekteprogressie kunnen voorkomen. Ilie: ‘De hoop is dat we op deze manier in een vroeg stadium van hersenziekten kunnen ingrijpen en de verspreiding ervan kunnen voorkomen.’

Verbeteringscyclus

De optimalisatie van nanokooien voor medicijnafgifte brengt verschillende onderzoeksdisciplines samen: synthetische chemie, computationele methoden en labexperimenten. Onderzoeker Indigo Bekaerkt, van de onderzoeksgroepen van Ioana Ilie en Joost Reek, werkt aan zowel de synthese van de kooien, de optimalisatie ervan met behulp van computationele methoden als het begrijpen van hun dynamiek in de natuurlijke omgeving. Een andere onderzoeker in de groep van Fitzsimons, Oliver Polzer, richt zich op de biologie kant en test de nanokooien in muizen.

De onderzoekers passen machine learning en simulaties toe om de interacties binnen de natuurlijke omgeving te begrijpen en gebruiken deze kennis om het ontwerp van de nanokooien te verbeteren. Ilie legt uit: ‘Machine learning kan worden gebruikt om zowel de computationele als de syntheseaspecten te verbeteren. Om te zien of een ontwerp echt werkt, moet het echter ook worden gemaakt en getest met labexperimenten.’

De resultaten van de labexperimenten kunnen vervolgens worden gebruikt als feedback voor het machine learning-algoritme om het ontwerp te verbeteren. Op deze manier creëren de wetenschappers verbeteringscycli en sturen ze het ontwerp van hun nanokooien in de gewenste richting.

Nauwe samenwerking

Werken in een interdisciplinair team stelt het onderzoeksteam in staat veel van elkaar te leren, zegt Ilie. ‘Het was in het begin een beetje lastig om te wennen en dezelfde taal te spreken, maar ik denk dat we dat vrij snel onder de knie hebben gekregen. De postdocs die we voor het project hebben aangenomen, doen fantastisch werk. Ze staan constant met elkaar in contact en doen echt hun best om elkaars werk te begrijpen en erop voort te bouwen.’

De wetenschappers zijn momenteel bezig met het aanvragen van extra financiering om het onderzoeksproject te kunnen verlengen. De farmaceutische industrie lijkt erin geïnteresseerd, omdat het een innovatieve nieuwe aanpak voor medicijnafgifte gebruikt. Ilie: ‘We vragen meer toepassingsgerichte subsidies aan om farmaceutische en biomedische bedrijven aan te trekken. Ik denk dat dit soort innovatieve projecten de biotechindustrie in Nederland aanzienlijk kan versterken.’