Fiorenzo Omenetto / Tufts University

Fiorenzo Omenetto / Tufts University

Jaarlijks sterven er ruim 17 miljoen mensen ten gevolge van een infectieziekte, met name in de derde wereld. Vaccins en antibiotica zijn belangrijke wapens in de strijd tegen deze ziekten. Helaas kunnen deze middelen slecht tegen hogere temperaturen en juist in de landen waar ze het hardst nodig zijn is het over het algemeen behoorlijk warm.

Koelketen

Omdat de productieplaats en de uiteindelijk eindbestemming van het geneesmiddel soms continenten van elkaar verwijderd zijn, wordt er gebruik gemaakt van een zogenaamde koelketen. Via een netwerk van koelkasten, vriezers, geïsoleerde voertuigen, koelboxen en speciale depots worden de geneesmiddelen koel gehouden tot ze op de plaats van bestemming zijn.

De noodzaak om te koelen vormt al jarenlang een obstakel voor een effectieve distributie. Als er ergens in het proces iets mis gaat kan dit ertoe leiden dat de medicijnen onbruikbaar worden. Experts schatten dat wereldwijd ongeveer de helft van alle vaccins verloren gaat door een onderbreking van de koelketen. Dit is met name een probleem in ontwikkelingslanden waar elektriciteit en koeling lang niet altijd voor handen zijn.

Julien Harneis

Daarnaast is het een zeer kostbaar proces dat naar schatting verantwoordelijk is voor 80% van de totale kosten van vaccinatie. Een methode om deze koelketen te omzeilen zou veel kosten en logistieke problemen kunnen besparen. Hier komt zijde om de hoek kijken.

Zijde als alternatief

Zijde is een natuurlijk eiwitproduct afkomstig uit de speekselklier van de zijderups (Bombyx mori). Het is van nature sterk, flexibel en biologisch afbreekbaar en wordt al jaren in de geneeskunde toegepast, onder andere als hechtmateriaal of voor medische implantaten. Het belangrijkste bestanddeel van zijde is het eiwit fibroïne dat kan worden gewonnen uit de cocons van de zijderups. Het Amerikaanse onderzoeksteam, onder leiding van dr. David Kaplan, is erin geslaagd om met behulp van zijde-eiwit zowel levende vaccins als antibiotica langer te bewaren bij hogere temperaturen.

De zijderups (Bombyx mori).

Gerd A.T. Müller

Gerd A.T. Müller

Eiwitten zijn een belangrijk bestanddeel van vaccins en antibiotica. De verzwakte virussen die in het vaccin zitten bevatten eiwitten op hun oppervlak. Deze eiwitten moeten worden herkend door het lichaam om er antistoffen tegen aan te maken. De functionaliteit van een eiwit is afhankelijk van de manier waarop het is gevouwen. Onder invloed van vocht of temperatuur kan het eiwit ontvouwen en samenklonteren waardoor het vaccin of antibioticum zijn werkzaamheid verliest.

Het eiwit fibroïne is in staat om een hecht netwerk te vormen met daarbinnen een aantal open ruimtes omringd door moleculen die water afstoten. In deze ruimtes kunnen moleculen worden ingebed door ze samen met fibroïne op te lossen in water en vervolgens te drogen.

Cocon van de zijderups.

Gerd A.T. Müller

Gerd A.T. Müller

Op deze manier kunnen de bioactieve moleculen die onderdeel zijn van vaccins en antibiotica op hun plaats worden gehouden en zijn ze beschermd tegen ontvouwen. Het zou kunnen worden vergeleken met het verpakken in bubbelfolie waarbij het molecuul zich in een van de luchtkussentjes bevindt.

Om de nieuwe techniek te testen maakten Kaplan en zijn team gebruik van het MBR-vaccin tegen mazelen, bof en rubella (Rode hond). Dit vaccin wordt als een gevriesdroogd poeder getransporteerd en opgelost op het moment dat het gebruikt moet worden.

Bij 45°C is het poeder maximaal 20 weken houdbaar. Als het vaccin eenmaal is opgelost is het nog maar een halve dag houdbaar. Door de virussen in het vaccin met zijde te omhullen en vervolgens te vriesdrogen kunnen ze langer worden opgeslagen, ook bij hogere temperaturen, zonder veel aan werkzaamheid in te leveren. Zelfs na 6 maanden opslag in zijde behield het MBR-vaccin nog minimaal 85% van zijn oorspronkelijke effectiviteit, ongeacht de temperatuur waarbij het werd opgeslagen.

Antibiotica

Ook de antibiotica die met behulp van zijde werden opgeslagen behielden hun effectiviteit bij hogere temperaturen. Penicilline in oplossing wordt normaal gesproken bij 25°C na een paar weken onbruikbaar. Omhuld in zijde-eiwit kon penicilline een maand lang opgeslagen worden bij 60°C zonder iets aan werkzaamheid in te leveren.

Tetracycline is een breed inzetbaar antibioticum maar heeft als nadeel dat het snel achteruitgaat als het wordt blootgesteld aan vocht of licht. Als tetracycline in oplossing wordt opgeslagen bij 60°C is het na twee weken onbruikbaar. Bij gelijke temperatuur behield tetracycline na een maand opslag in zijde nog 80% van zijn werkzaamheid, en bij lagere temperaturen bleef het zelfs volledig onaangetast. Verder blijkt dat zijde ook de afbraak van tetracycline onder invloed van licht tegen gaat, iets dat de onderzoekers niet hadden verwacht.

Vaxess

Verlies van werkzaamheid onder invloed van warmte en vocht is een belangrijk probleem bij transport en opslag van vaccines en antibiotica. Zijde-eiwitten bieden met hun unieke structuur bescherming tegen vocht en extreme hitte. De mogelijkheid om geneesmiddelen op te slaan bij hogere temperaturen voor langere tijd maakt de distributie een stuk efficiënter.

Dit levert niet alleen een grote kostenbesparing op maar vereenvoudigd ook wereldwijd gebruik van deze levensreddende middelen. Er zal meer onderzoek verricht moeten worden naar de mogelijkheid om deze techniek toe te passen voor alle vaccins, maar hopelijk hoeft dankzij deze slimme zijden jasjes een groot deel van de derde wereld niet langer meer in de kou te staan.