Off-target binding mogelijke oorzaak van overlijden en ernstige ziekteverschijnselen bij Franse proefpersonen

Begin 2016 overleed een proefpersoon tijdens een Frans onderzoek naar een nieuw geneesmiddel. De oorzaak is nog niet officieel vastgesteld. Leidse chemici hebben nu aanwijzingen dat de onbedoelde remming van meerdere eiwitten in de hersenen een rol heeft gespeeld, schrijven ze in Science.

9 juni 2017

Op 10 januari 2016 werd een proefpersoon in het Franse Rennes in het ziekenhuis opgenomen met ernstige neurologische klachten. Hij deed mee aan fase 1 geneesmiddelenonderzoek (zie kader). Aanvankelijk was niet duidelijk dat de klachten veroorzaakt werden door het experimentele medicijn en dus ging het onderzoek gewoon door. In de daaropvolgende dagen werden nog eens vier proefpersonen ernstig ziek. Eén proefpersoon overleed en twee mensen kampen nu nog steeds met neurologische klachten.

Het experimentele medicijn, BIA 10-2474, is een stof die het eiwit FAAH (Fatty Acid Amide Hydrolase) remt. Dit eiwit speelt een belangrijke rol in het endocannabinoïde systeem in onze hersenen, dat betrokken is bij onder meer pijnbeleving, geheugen, leren, emoties en verslaving. Het Portugese bedrijf Bial ontwikkelde de stof als mogelijk middel tegen zenuwpijn.

Vestiging van Bial in Portugal, de producent van BIA 10-2474 en opdrachtgever van het klinische onderzoek in Frankrijk.
Bial

Een onafhankelijke wetenschappelijke commissie bestudeerde het vooronderzoek van fabrikant Bial en het laboratorium Biotrial, waar het geneesmiddelenonderzoek werd uitgevoerd. Er zijn geen grove fouten gemaakt in het onderzoek, maar er waren wel opvallendheden waar bij onderzoek op mensen rekening mee gehouden had moeten worden.

Hoge dosis

Zo schrijft de commissie bijvoorbeeld dat uit onderzoek met proefdieren een optimale werkzame dosis van 10 tot 40 milligram voor gebruik bij mensen is berekend. Bij de eerste tests in het laboratorium van Biotrial bleek echter dat er bij een dosis van 5 milligram al volledige remming optrad van het doeleiwit. Waarom is er dan toch nog met 50 milligram getest, de dosis waarmee het uiteindelijk fout ging? En waarom heeft Biotrial na de eerste ziekenhuisopname niet besloten om het onderzoek te staken totdat er meer duidelijkheid was over de oorzaken van de klachten van de vrijwilliger?

Feit blijft dat uit het vooronderzoek niet duidelijk naar voren is gekomen dat het experimentele medicijn schadelijk kan zijn. Hoe komt dat? Mogelijk doordat Bial niet uitgebreid genoeg heeft onderzocht aan welke eiwitten in de hersenen hun experimentele stof nog meer kan binden. Chemici van de Universiteit Leiden hebben dat wel gedaan. Toen het vreselijke nieuws over het Franse onderzoek bekend werd, was medicinaal chemicus Mario van der Stelt meteen alert.

Van der Stelt is hoofd van de afdeling Moleculaire Fysiologie van de Universiteit Leiden en werkt al twintig jaar aan FAAH en het endocannabinoïde systeem. “Er zijn eerder FAAH-remmers getest in klinisch onderzoek en sommige hebben ook fase 2 gehaald, maar verder zijn ze nooit gekomen omdat ze niet effectief genoeg waren. Echter, geen van deze stoffen vertoonde ernstige bijwerkingen.”

Ondanks dat een proefpersoon in het ziekenhuis was opgenomen, ging het klinische onderzoek gewoon door. De autoriteiten en onafhankelijke experts vinden dat onverantwoordelijk.
Presidencia de la República Mexicana via Flickr.com CC BY 2.0

Van der Stelt en de onderzoekers in zijn groep vroegen zich daarom af waar de heftige symptomen van de slachtoffers in deze studie vandaan konden komen. Ze dachten direct aan off-target binding – dat de geteste stof ook aan andere eiwitten bindt dan de bedoeling was. Dat idee werd nog sterker toen ze de chemische structuur van de geteste stof, BIA 10-2474, onder ogen kregen. “FAAH behoort tot de familie van de serine hydrolases, een grote groep eiwitten die qua werkingsmechanisme op elkaar lijken. We vermoedden meteen dat BIA 10-2474 veel meer eiwitten uit deze familie kon remmen.”

Hersenweefsel

De chemici gingen aan de slag om zelf uit te zoeken waar BIA 10-2474 nog meer aan bindt. Ze onderzochten de effecten van de stof in dierlijke cellen, menselijke cellen, hersenweefsel van gezonde donoren en menselijke zenuwcellen gekweekt uit stamcellen. Hierbij was een belangrijke rol weggelegd voor een heel gevoelige techniek die de groep van Van der Stelt mede heeft ontwikkeld: activity-based protein profiling (ABPP). Met ABPP vis je als het ware de actieve enzymen uit een mengsel, door als ‘haakje’ een stof te gebruiken die aan veel verschillende enzymen kan binden.

Omdat ieder enzym een unieke samenstelling en daarmee een unieke massa heeft, kun je daarna met behulp van massaspectrometrie precies bepalen welke enzymen je hebt opgevist. Je voert de meting twee keer uit; een keer met en een keer zonder het experimentele geneesmiddel erbij. Door het verschil te bepalen tussen de twee mengsels, weet je welke eiwitten worden geremd door de nieuwe stof.

“Uiteindelijk hebben we naast FAAH, zes andere eiwitten geïdentificeerd die ook door BIA 10-2474 worden geremd”, zegt Van der Stelt. De zes spelen allemaal een rol in de vethuishouding van zenuwcellen. Het is bekend dat remming van deze enzymen het functioneren van de zenuwcellen verstoort. Om zeker te zijn dat deze zes off-targets alleen door BIA 10-2474 worden gebonden, zijn alle experimenten ook uitgevoerd met een andere FAAH-remmer van het Amerikaanse farmaceutische bedrijf Pfizer en die geen bijwerkingen leverde in fase 1 en 2 van klinische studies. De Pfizer-stof bond alleen aan FAAH.

Al deze aanwijzingen samen wijzen er sterk op dat de off-target binding van BIA 10-2474 de verklaring is voor de tragische gebeurtenissen tijdens het Franse klinische onderzoek. Van der Stelt blijft desondanks terughoudend. “Een oorzakelijk verband is nog niet aangetoond. Wij hebben onze testen niet kunnen uitvoeren op weefsels van de slachtoffers, dus het is geen bewijs.” Maar dat een techniek als ABPP standaard onderdeel moet worden van het onderzoek voordat een nieuwe stof in mensen wordt getest, staat voor hem als een paal boven water. “Als je werkt aan eiwitremmers zoals in dit geval, moet je ABPP wat mij betreft altijd toepassen. Alleen dan kun je nauwkeurig uitzoeken waar je beoogde remmer nog meer aan bindt. Het is nu niet verplicht om ABPP te gebruiken, maar Pfizer heeft dat wel gedaan en dat heeft een heel schone stof opgeleverd.”

Nieuwe criteria

Volgens de Franse autoriteiten heeft producent Bial in zijn onderzoek ABPP niet toegepast. Had men vooraf dus veel meer kunnen weten over de mogelijke risico’s van de nieuwe stof? Dat klopt, zegt Van der Stelt, maar hij houdt zich op de vlakte. “Als ze wel ABPP hadden toegepast, weet ik niet of ze een andere beslissing hadden genomen. Daar kan ik niets over zeggen.”

Hij deelt de zorgen van de onderzoekscommissie over de hoge dosering die is gebruikt. “Dat mocht wel volgens de regels, maar juist als het gaat om off-target binding heeft de dosering veel invloed. Hoe hoger de dosis, hoe groter de kans dat ook andere eiwitten worden geremd. Ik denk dat we nieuwe criteria nodig hebben om de maximaal toegestane dosering te bepalen.”

Daarin staat Van der Stelt niet alleen. De onderzoekscommissie pleit voor veranderingen in de regelgeving rondom fase 1-geneesmiddelenonderzoek. Zo zou de veiligheid van vrijwilligers altijd boven praktische zaken of regelgeving moeten gaan en zouden bedrijven dus van een vooropgezet protocol af mogen wijken als de eerste tests in menselijke proefpersonen daar aanleiding toe geven. Maar ongevaarlijk wordt een fase 1-onderzoek nooit, waarschuwt Van der Stelt. “Natuurlijk moeten we alles doen om de risico’s voor de proefpersonen zo minimaal mogelijk te houden. Maar een fase 1-onderzoek blijft de eerste keer dat een nieuw middel in mensen wordt getest.”

Hoe werkt geneesmiddelenonderzoek?

De zoektocht naar een nieuw medicijn begint in het laboratorium. Daar worden voortdurend stoffen getest op werkzaamheid en toxiciteit. Succesvolle stoffen worden verder ontwikkeld tot experimenteel medicijn. Tests op proefdieren moeten uitwijzen of dat medicijn werkt en of het veilig is. Als dat goed gaat, volgen de eerste tests op mensen.

Fase 1-geneesmiddelenonderzoek is erop gericht om te kijken hoe een kleine groep gezonde vrijwilligers het nieuwe medicijn verdraagt en of er geen bijwerkingen zijn. Pas in een later stadium wordt het medicijn getest op werkzaamheid. Dit gebeurt op grotere groepen gezonde mensen en op patiënten. Proefpersonen voor fase 1 kunnen zich bij het ziekenhuis of het laboratorium dat het onderzoek uit gaat voeren aanmelden. Daarna krijgen de proefpersonen allerlei informatie over het onderzoek (over het doel, maar ook over de praktische kanten en de risico’s) en kunnen ze beslissen of ze echt mee willen doen.

Gedurende het onderzoek mag een proefpersoon steeds beslissen om te stoppen. Hij hoeft hiervoor zelfs geen reden op te geven. Als een proefpersoon klachten heeft over het verloop van het onderzoek kan hij daarvoor terecht bij de onderzoeker, een onafhankelijke contactpersoon binnen de instelling waar het onderzoek wordt uitgevoerd of de inspectie voor de gezondheidszorg.

Daarnaast is de instelling die het onderzoek uitvoert, verplicht om een verzekering voor proefpersonen af te sluiten. Die verzekering biedt dekking voor dood of letsel als gevolg van het onderzoek, ongeacht of er sprake is van schuld. In Nederland is het verzekerde bedrag vastgesteld op minimaal 650.000 euro per proefpersoon of minimaal 5 miljoen euro per onderzoek.

Bronnen:

A.C.M. van Esbroeck, A.P.A. Janssen, A.B. Cognetta III, D. Ogasawara, et al., Activity-based protein profiling reveals off-target proteins of the FAAH inhibitor BIA 10-2474, Science 2017, doi:10.1126/science.aaf7497

Temporary Specialist Scietific Committee FAAH (Fatty Acid Amide Hydrolase), on the causes of the accident during a Phase 1 clinical trial in Rennes in January 2016, 18 maart 2016, rapport

Nature News, 22 december 2016, Fatal French clinical trial failed to check data before raising drug dose

Science News, 5 februari 2016, French company bungled clinical trial that led to a death and illness, report says

Nature News, 18 januari 2016, Scientists in the dark after French clinical trial proves fatal