Voor het testen (veiligheid en/of doeltreffendheid) van medicijnen en andere chemische stoffen wordt nog heel vaak een beroep gedaan op dierproeven. Alternatieve methoden kunnen de nood daaraan verminderen, bijvoorbeeld doordat ze gebaseerd zijn op gekweekte menselijke cellen (in vitro). VITO ontwikkelde een testplatform specifiek bedoeld voor stoffen die ingeademd worden. Samen met het Rega Instituut van KU Leuven werd het platform gebruikt om te onderzoeken of het coronamedicijn remdesivir ook via de luchtwegen toegediend kan worden.
Remdesivir is een antiviraal middel dat jaren geleden werd ontwikkeld tegen het gevreesde ebolavirus. De virusremmer kwam echter pas breed onder de aandacht toen het tijdens de eerste uitbraken van corona ook werd ingezet bij infecties met SARS-CoV-2. Sindsdien blijft remdesivir een belangrijk middel om hoog-risicocoronapatiënten te behandelen. Daarbij gebeurt de toediening steeds intraveneus, via een injectie dus.
Virologen vermoeden echter dat remdesivir effectiever is als het geïnhaleerd wordt. ‘De virusremmer kan zo sneller en directer zijn doel, de longen, bereiken, zonder omweg via de bloedsomloop’, zegt Dirk Jochmans, viroloog bij het Rega Instituut. ‘Zeker voor hoog-risicocoronapatiënten biedt dit perspectief op een meer succesvolle behandeling.’ De manier waarop remdesivir nu is geformuleerd laat echter enkel intraveneuze toediening toe in het ziekenhuis, een gevolg van de zogeheten farmacokinetische eigenschappen van de werkzame molecule (die bepalen hoe deze zich gedraagt in het lichaam). Hierdoor kan het niet gebruikt worden in de vroege fase van de ziekte in de thuissituatie.
Longcellen op een membraan
Het testplatform bij VITO richt zich op in-vitrosystemen die ontwikkeld zijn voor blootstelling van longcellen aan een stof via de lucht, de zogeheten air-liquid interface- blootstellingsmethode (ALI). De longcellen worden gekweekt op een membraan, onderaan gevoed door celcultuurmedium en bovenaan in contact gebracht met de luchtgedragen stoffen. VITO beschikt over verschillende ALI-blootstellingsmodules, aerosol-generatiesystemen (voor droge poeders en vloeistoffen) alsook over instrumenten voor aerosol- en biologische karakterisatie. Er worden verschillende longcelsystemen gebruikt: zowel mono- en co-cultuur-cellijnen als longcellen van humane donoren.
De toediening van remdesivir via de luchtwegen (zoals bijvoorbeeld astmapatiënten die een puffer gebruiken) is een interessante piste om te onderzoeken met dit testplatform. Samen met de virologen van het Rega Instituut werd een experimenteel plan gedefinieerd. Twee verschillende toedieningswijzen van remdesivir werden vergeleken. De eerste toediening gebeurde volgens de klassieke methode door remdesivir aan het voedingsmedium (onderzijde) van de geïnfecteerde cellen toe te voegen als proxy voor intraveneuze toediening. De tweede toediening van remdesivir gebeurde via toediening van een fijne spray bovenop de geïnfecteerde cellen (nebulisatie) zoals met inademing zou plaatsvinden. De studieresultaten tonen aan dat toediening van remdesivir via nebulisatie een effectieve antivirale werking heeft, wat mogelijkheden kan bieden voor een eenvoudigere toedieningswijze van dit geneesmiddel in de vroege fase van de ziekte.
Toepassingen van het in-vitrotestplatform kunnen veel breder gaan dan remdesivir, en zelfs medicijnen in het algemeen. Sandra Verstraelen van VITO: ‘Ons platform is zeer breed inzetbaar. Het kan worden gebruikt voor het testen en ontwikkelen van medicijnen maar ook voor nano- en ultrafijne deeltjes, chemische stoffen, en micro- en nanoplastics … Eigenlijk alle aspecten waarbij er blootstelling is aan longcellen via de inhalatieroute.’ Daardoor heeft het platform ook een aanzienlijk potentieel om het aantal dierproeven te verminderen. Algemeen wordt het wereldwijd gebruik van proefdieren voor inhalatietesten geschat op ~2 miljoen per jaar. Door een betere in-vitroscreening en prioritisering kan dit aantal aanzienlijk afnemen.
Kaf van het koren scheiden
Testen op menselijke cellen hebben ook het voordeel dat de vertaalslag naar potentiële effecten bij menselijke patiënten makkelijker kan worden gemaakt. Want wat werkt bij muizen hoeft daarom nog niet bij mensen eenzelfde effect te hebben. Al kunnen dierproeven in het onderzoek naar een nieuwe stof (of een nieuwe toedieningswijze zoals bij remdesivir) niet helemaal geschrapt worden. ‘Voor het testen van de veiligheid van een kandidaat-geneesmiddel blijven dierproeven vandaag onontbeerlijk’, zegt Jochmans. ‘Enkel zo kunnen we bijvoorbeeld onbekende effecten op het niveau van een volledig organisme opsporen. Dat kan nog niet met enkel een cellenkweek.’
In-vitroplatformen zoals dat van VITO verminderen de nood aan dierproeven vooral doordat ze toelaten om veel sneller het kaf van het koren te scheiden in de vroege ontwikkeling van een nieuwe stof. Dan gaat het vooral om de werkzaamheid. Jochmans: ‘In de beginfase van een ontwikkeling vallen doorgaans heel veel kandidaat-formuleringen al snel af. Als die selectie nog beter wordt door het gebruik van geavanceerde, menselijke celculturen, dan zullen er nadien minder stoffen in proefdieren getest worden.’ Het zou ook tijdwinst betekenen, waardoor de beschikbaarheid van zulke platformen ook een stimulans kan zijn voor de industrie om ze in gebruik te nemen. In ieder geval heeft het onderzoek met het geïnhaleerde remdesivir bewezen dat dit platform daar klaar voor is.
Het project rond de inhalatietesten van remdesivir werd mede gefinancierd door de dienst dierenwelzijn van het Departement Omgeving. Het kaderde daarmee in de ambitie van de Vlaamse regering om het proefdierengebruik te verminderen, onder meer via de ontwikkeling van alternatieve testmethoden.
Bekijk hieronder een filmpje over het in-vitroplatform voor inhalatietesten.
