De Leidse onderzoekers begonnen in 1997 met de ontwikkeling van een techniek om infecties met ziekteverwekkende micro-organismen (bacteriën, virussen, schimmels) te kunnen opsporen met behulp van radioactief-gelabelde peptiden. Ze zijn er inmiddels een flink eind mee op dreef. ‘Het is echt een uniek project, waar we erg blij mee zijn,’ zegt prof. dr. E.K.J. Pauwels van de afdeling radiologie. ‘We hopen dat onze techniek binnen twee jaar rijp is voor de klinische praktijk.’

Kunnen artsen op dit moment infecties dan nog niet opsporen? ‘Jawel, meestal lukt dat prima, bijvoorbeeld door het op kweek zetten van patiëntenmateriaal,’ zegt dr. Peter Nibbering van de afdeling infectieziekten. ‘Maar soms is het lastig, met name als de aangedane plek binnen in het lichaam zit en als hij te klein is om op een echo of een MRI-scan op te vallen. Men doet dan een beroep op nucleair-geneeskundigen, die ontstekingen kunnen aantonen. Zij maken gebruik van het feit dat onderdelen van het afweersysteem of immuunsysteem – antistoffen en afweercellen – plaatsen van ontsteking opzoeken. Ze koppelen een radioactief element aan die afweerwapens. Dat element lift vervolgens mee naar de ontsteking en verraadt de plaats met zijn radioactieve straling. Gammadetectoren vangen dat signaal op en vertalen het in een foto (het scintigram), waar de ontsteking als een zwarte vlek verschijnt.’

Wel of geen infectie

Er is niets mis met deze techniek. Alleen: lang niet elke ontsteking is het gevolg van een infectie. Ontstekingen ontstaan ook bij auto-immuunziekten als reuma, na grote chirurgische ingrepen, bij artificiële implantaten, in sommige tumoren en vaak op plekken die langdurig belast worden, zoals in een muisarm. In al die gevallen is het afweersysteem actief, en al die plekken werden tot nu toe zonder onderscheid door de gebruikte radioactief-gelabelde stoffen aan het licht gebracht.

Voor de behandeling maakt het echter veel uit of een ontsteking door een infectie wordt veroorzaakt of niet. ‘Denk maar aan patiënten met ernstige brandwonden,’ zegt Nibbering. ‘Zij zijn vaak hele stukken huid kwijt en krijgen allerlei ontstekingen. De arts wil dan zo snel mogelijk weten of daar infecties achter zitten, want een bacterie-infectie bijvoorbeeld kan hij behandelen met antibiotica.’

Vanuit een onverwachte hoek

Er was, kortom, behoefte aan een techniek waarmee infecties te onderscheiden zouden zijn van zogenoemde steriele ontstekingen. Maar het was de vraag of dat mogelijk was. De oplossing kwam vanuit een onverwachte hoek. Men zocht op de afdeling infectieziekten naar middelen om bacteriën te bestrijden die resistent geworden zijn tegen allerlei antibiotica. Zulke multiresistente bacteriën zijn de schrik van ieder ziekenhuis en vormen een groeiend probleem.

Een potentieel middel was wel erg dicht bij huis te vinden: in ons eigen lijf. Overal waar dat in contact staat met de buitenwereld – zoals mond, neus, darmen, urinewegen – produceren slijmvliescellen en afweercellen namelijk hun eigen, natuurlijke antibiotica: de anti-microbiële peptiden. Zij doden de ziekteverwekkers door ze simpelweg lek te prikken, en ze porren bovendien het afweersysteem op.

Deze beschermende peptiden werken uitstekend. ‘Zonder hen zouden we niet eens bestaan, aangezien ziekteverwekkers alom tegenwoordig zijn,’ zegt Nibbering. ‘De anti-microbiële peptiden voorkomen dat we voortdurend geïnfecteerd raken.’ Ze zijn wijd verspreid in de natuur: alle dieren hebben ze, planten ook, en zelfs bacteriën verweren zich ermee tegen andere bacteriën. De peptiden zijn haast zo oud als het leven zelf. Er zijn er duizenden van, een bekende is bijvoorbeeld lactoferrine in moedermelk.

Als medicijn gebruiken?

Zijn ze nu ook geschikt om infecties te bestrijden die toch nog deze verdedigingslinie van peptiden zijn gepasseerd en aan de waakzaamheid van het afweersysteem zijn ontsnapt?, vroegen Nibbering en collega’s zich af. Heeft het, met andere woorden, zin om anti-microbiële peptiden in het lab te maken en als medicijn te gebruiken? Dat zou met name van belang kunnen zijn voor mensen bij wie het afweersysteem niet goed functioneert, bijvoorbeeld door de verwoestende werking van het AIDS veroorzakende virus. Of voor mensen die een orgaantransplantatie ondergingen en van wie de afweer wordt onderdrukt om te voorkomen dat het nieuwe orgaan wordt afgestoten.

De onderzoekers moesten eerst uitzoeken of de peptiden, als ze aan de bloedbaan worden toegediend, de ontstoken plek wel bereiken. Ze deden daarvoor een beroep op de nucleair-geneeskundigen en namen de proef op de som. Ze infecteerden een muis met een antibioticaresistente bacterie en injecteerden vervolgens een menselijk anti-microbieel peptide, dat ze vooraf radioactief gelabeld hadden. Het peptide bleek vlot door het bloed getransporteerd te worden, de infectie te bereiken en daar te blijven hangen.

En wat meer is: de peptiden bonden zich aan de bacteriën en nergens anders aan. Bij een andere muis, die een steriele ontsteking had, bleven de peptiden dan ook niet op de zieke plek hangen. Als enig onderdeel van het afweersysteem houden deze peptiden zich dus uitsluitend bij infecties op. Dat maakt ze niet alleen voor behandeling, maar ook voor diagnose interessant, beseften de onderzoekers meteen. Ze vormen wellicht precies het middel waar de nucleaire geneeskunde op zat te wachten.

Verliefd op elkaar geworden

De relatie met de afdeling radiologie werd intensiever. ‘We zijn verliefd op elkaar geworden,’ zegt Pauwels. ‘We zijn op dit onderwerp nauw gaan samenwerken en beide partners hebben een waardevolle inbreng.’ Medewerkers van nucleaire geneeskunde bekwaamden zich in de kunst om de peptiden radioactief te labelen. Ze gebruiken daar het radioactieve element technetium voor.

‘Dat labelen is nog niet zo gemakkelijk,’ vertelt dr. Mick Welling van de afdeling nucleaire geneeskunde. ‘De werking van een peptide, een keten van aminozuren, hangt af van de ruimtelijke structuur, dus van de vouwing van de keten. Koppel je er een element aan, dan verandert die structuur gemakkelijk en is de activiteit verdwenen. Bovendien moet je voorzichtig zijn, want peptiden vallen gauw uit elkaar. Je mag ze dus niet verhitten om er een element aan vast te maken.’ Het heeft de afdeling twee jaar gekost, maar nu behoren Welling en zijn collega’s dan ook tot de weinigen die anti-microbiële peptiden labelen. Om precies te zijn: ze vormen één van de drie instituten die dat wereldwijd kunnen.

De bijdrage van de afdeling infectieziekten is de kennis die ze hebben van anti-microbiële peptiden. ‘Daar lopen ze in voorop,’ zegt Pauwels. ‘De afdeling is de eerste die humane peptiden in proefdieren getest heeft als middel tegen resistente bacteriën.’

De onderzoekers gebruiken vaak delen, oftewel domeinen van de peptiden. Zo kunnen ze het domein dat aan ziekteverwekkers bindt losmaken van het domein dat die pathogenen doodt, en het eerste domein speciaal voor diagnostische doeleinden gebruiken. Nibbering en collega’s ontdekten een nieuw menselijk anti-microbieel peptide, het ubiquicidine, en patenteerden dat. Het bindende domein ervan bleek van alle beschikbare peptiden het meest geschikt voor het opsporen van infecties.

Resultaat van samenwerking

Pauwels pakt een foto om het resultaat van de samenwerking te tonen. Er is een konijn op afgebeeld in een patroon van kleine hokjes. Een van de achterpoten is blauw, de andere licht geel op. ‘Dat zijn de gelabelde peptiden,’ wijst Pauwels. ‘Daar zat een bacterie-infectie. Inmiddels kunnen we ook bacterie-infecties in luchtwegen en schimmelinfecties in beeld brengen. Afhankelijk van het peptide dat je kiest, krijg je elke infectie in beeld, of bijvoorbeeld alleen bacterie-infecties.’

Als diagnostisch middel hebben de peptiden, naast het feit dat ze infecties onderscheiden van steriele ontstekingen, nog andere voordelen boven de gangbare middelen. ‘Het zijn kleine moleculen en daardoor gemakkelijk te hanteren,’ zegt Welling. ‘Als je de methode eenmaal hebt, kun je ze onder standaardcondities wijzigen en labelen. Ze zijn bovendien snel gemaakt. Binnen een uurtje heb ik ze klaar staan. Met de andere gelabelde stoffen duurt dat veel langer. En omdat ze zo klein zijn, zijn ze na injectie snel ter plekke en heb je binnen een uur een beeld. Met de andere stofjes moet je daar een halve dag op wachten.’

Grote plaats in de geneeskunde

De gelabelde peptiden worden in overmaat gegeven. En hoe meer ziekteverwekkers er zijn, des te meer peptiden er op de plek van ontsteking worden vastgehouden. ‘Dat maakt deze peptiden ook geschikt om het verloop van de infectie te volgen en bijvoorbeeld het resultaat van behandeling in het oog te houden,’ zegt Pauwels. ‘Wat niet wordt gebonden, wordt snel afgevoerd en in de urine uitgescheiden. De radioactieve belasting die met een afbeelding gepaard gaat, is daardoor laag en het is niet bezwaarlijk om het afbeelden nog eens te herhalen.’

Tenslotte is het middel goedkoop. En dat je met anti-microbiële peptiden infecties niet alleen opspoort, maar ook kunt genezen, is inmiddels ook gebleken. Het moet daarom wel gek lopen, willen deze anti-microbiële peptiden niet een grote plaats krijgen in de geneeskunde, denken Pauwels, Nibbering en Welling. ‘We moeten nog verdere experimenten doen, en de medisch-ethische commissie moet zich te zijner tijd ook over het klinische gebruik buigen. Maar we zien de toepassing al aan de horizon’, aldus Pauwels.