Het idee voor de promotie ontstond in het vierde jaar van haar studie. Rijcken: “Als één van de weinige studenten koos ik in het vierde jaar voor het traject farmaceutische technologie. Dat is voornamelijk een voorbereidend jaar voor een carrière in de industrie. Ik heb toen stages gelopen bij een paar farmaceutische bedrijven. Ik zag daar fascinerende processen in het ontwikkelingstraject van innovatieve geneesmiddelen.”
Innovaties op nanoschaal gingen een centrale rol spelen in Rijckens eigen onderzoek. Ze voerde dit onderzoek uit bij de afdeling biofarmacie en farmaceutische technologie. Rijcken ontwikkelde ‘nanobolletjes’, een soort tennisballen, maar dan op de schaal van de bouwstenen van de natuur: atomen en moleculen. De nanobolletjes komen door lekkende bloedvaten in ziek weefsel terecht waarna ze hun lading – een anti-tumormedicijn – lokaal afgeven. Op die manier is een selectief transport en gecontroleerde afgifte van hoge doses medicijnen mogelijk.
Het eerste jaar van haar onderzoek ging voornamelijk op aan het bedenken van betere bouwstenen en technieken om deze te maken. Bij de bouwstenen gaat het om polymeren; lange ketens van gelijksoortige moleculen. Rijcken: “Het ging daarbij om twee delen: een ‘hydrofiel’ deel dat goed in water oplost, en een ‘hydrofoob’ deel dat niet in water oplost. In water vormt dit polymeer vetachtige bolletjes die omgeven worden door een waterrijke mantel. Die bolletjes kun je gebruiken voor het transport van geneesmiddelen en andere stoffen.”
Nanobolletjes
De synthesetechniek die Rijcken ontwikkelde voor het maken van de bouwstenen verbeterde de zuiverheidsgraad aanzienlijk. “Dat was een hele stap vooruit, omdat we de effecten van wisselende samenstellingen nu veel preciezer konden meten.” Maar, zo vertelt Rijcken: “Daarna stonden we voor een hele reeks vragen: hoe zien de nanobolletjes eruit? Welke geneesmiddelen zijn geschikt om in de deeltjes in te sluiten? Heeft het insluiten van geneesmiddelen effect op de vorm of andere eigenschappen van de deeltjes? Hoe snel wordt het geneesmiddel weer afgegeven? Welke concentraties kun je bereiken? Reageren de nanobolletjes in de bloedbaan ook met andere cellen? Hoe kun je ze op een gecontroleerde manier uit elkaar laten vallen?”
Met deze vragen dook Rijcken de volgende jaren het laboratorium in. Het begon met relatief eenvoudige tests waarbij ze de nanobolletjes kon controleren op biologische afbreekbaarheid en gevoeligheid voor temperatuur of zuurgraad. Daarna kwamen klinisch relevante tests, waarin Rijcken cellen in een natuurlijke omgeving bestudeerde: ze voegde aan een kweekschaaltje met een paar miljoen cellen nanobolletjes toe. Zo slaagde ze erin om te zien wat er met de nanobolletjes in een natuurlijke omgeving gebeurt.
Fingerspitzengefühl
Rijcken: “Voor het synthesewerk heb je grondige kennis van organische chemie nodig, maar ook fingerspitzengefühl. Veel chemische reacties lijken op papier eenvoudig. In de praktijk blijkt dat specifieke omstandigheden noodzakelijk zijn. Omdat deze nooit precies in artikelen terug te vinden zijn, is het een kwestie van uitproberen. Voor reacties onder stikstof bijvoorbeeld moet je precies de juiste isolerende dopjes gebruiken.”
Uit het labwerk bleek dat de nanobolletjes diverse geneesmiddelen in hoge concentraties konden insluiten zonder dat de eigenschappen veranderden, maar dat deze dragers niet stabiel bleven als ze aan bloedplasma werden toegevoegd. In het serum zitten namelijk eiwitten die de bolletjes destabiliseren, waardoor die te vroeg hun geneesmiddel vrijlaten. Rijcken richtte zich daarom op het stabiliseren van de deeltjes.
Nanodeeltjes kunnen in eiwitrijke omgevingen stabieler worden gemaakt door de fysische interacties te versterken of door chemische verbindingen aan te brengen. Rijcken koos voor de laatste methode en vond inderdaad een mogelijkheid de polymeren zo te veranderen dat ze veel minder snel uit elkaar vallen in bloedplasma, zonder daarmee de biodegradeerbaarheid van de deeltjes aan te tasten.
Rijcken: “De gestabiliseerde deeltjes circuleren nu echt als intacte koeriers door de bloedbaan. Dat konden we aantonen in tumordragende muizen. Na twee dagen is eenvijfde van alle deeltjes nog steeds terug te vinden in het bloed, wat ook aangeeft dat ze niet door het immuunsysteem worden verwijderd. Als je dat vergelijkt met de situatie vroeger, dan is dat een enorme verbetering: niet-gestabiliseerde deeltjes zijn na een half uur al uit elkaar gevallen.” De lange circulatietijd vertaalt zich naar een 23 keer zo hoge concentratie van het geneesmiddel in tumoren dan met de gangbare toediening van het medicijn mogelijk is. Dit verbetert de balans tussen effect en bijwerkingen van geneesmiddelen aanzienlijk: in de bloedbaan is het geneesmiddel ingesloten in de deeltjes en het kan geen toxisch effect veroorzaken, terwijl het in veel hogere mate in het zieke weefsel komt en zo de tumor beter kan bestrijden.
Rijcken heeft zoveel vertrouwen in de nieuwe techniek, dat ze een eigen bedrijfje in geneesmiddelafgiftesystemen wil gaan oprichten, met steun van de Universiteit Utrecht en het Valorisation Grant-initiatief van STW. Eerst zal ze nog aanvullende effectiviteitsstudies bij proefdieren uitvoeren, evenals een initiële klinische studie, om te bewijzen dat de deeltjes ook bij mensen het bedoelde gedrag vertonen. Rijcken is ervan overtuigd dat het gaat lukken om de nanobolletjes zo ver uit te ontwikkelen, dat farmaceutisch bedrijven de technologie willen gebruiken om hun eigen actieve stoffen te formuleren en ze zo selectiever naar ziek weefsel te brengen. De eerste van een aantal aangevraagde patenten is onlangs toegekend, en nog steeds wordt Rijcken gedreven door enthousiasme: “Het werk op onze vakgroep is fantastisch. Door het contact met de universiteit heb ik alle mogelijkheden qua apparatuur en ook veel connecties met experts in binnen- en buitenland. Dat geeft mij echt een kick.”
Het promotieonderzoek van Cristianne Rijcken is gefinancierd binnen het Open Technologieprogramma van STW.
Dit artikel werd eerder gepubliceerd in de STW brochure Technologisch Toptalent 2008.