Complexe eiwitten - antilichamen of virusdeeltjes - worden in de medische wereld gebruikt bij onder meer het opsporen van tumoren en vaccinatie tegen virusziekten. Die complexe eiwitten kunnen met biotechnologische methoden steeds makkelijker worden gemaakt. Ze worden geproduceerd door genetisch gemanipuleerde, 'geïmmortaliseerde' (oneindig delende) zoogdiercellen - menselijke cellen worden alleen voor speciale doeleinden gebruikt.
De eiwitmakende cellen hebben een 'kweekmedium' nodig. Daarvoor gebruikt men serum (bloedplasma) van ongeboren kalveren (fetal bovine serum of FBS). Voor één kilo antilichamen of virusdeeltjes, goed voor tienduizend patiënt-behandelingen, is 200 liter FBS nodig. Aangezien voor één liter serum 100 drachtige koeien moeten sneuvelen, komen aan de produktie van één kilo eiwit 20 duizend koeien te pas. Voor de wereldproduktie van FBS (500 duizend liter) worden per jaar 50 miljoen drachtige koeien geslacht.
Een mogelijk alternatief voor FBS is serum van volwassen runderen (adult bovine serum of ABS). Drs. Huub Strouken, inmiddels werkzaam bij Organon in Oss, ontwikkelde er bij CT een biochemische bereidingsmethode voor. Hij promoveert donderdag 6 april op zijn onderzoek bij prof.dr. A. Bantjes (vakgroep Macromoleculaire Chemie & Materiaalkunde, onderzoekgroep Materiaaltechniek). Een staaltje biotechnologisch onderzoek aan de UT.
Serum gemaakt uit het bloed van volwassen runderen heeft het grote voordeel dat voor de serumproduktie op tamelijk eenvoudige wijze bloed kan worden betrokken van een kudde 'donor-runderen'. Niet alleen blijven de runderen daarbij in leven, de serum-kwaliteit is bovendien veel beter te controleren. Strouken als koeienredder? 'De koeien zullen in ieder geval dankbaar zijn dat ze niet meer hoeven te worden geslacht', zegt Strouken.
Een belangrijk nadeel van ABS is echter dat in een met dit serum bereid voedingsmedium de eiwitproduktie veel minder efficiënt verloopt dan bij gebruik van FBS. ABS bevat minder celstimulerende stoffen en meer giftige stoffen en lipiden (vetzuren en cholesterol, gekoppeld aan eiwitten) dan foetaal serum. Verder bemoeilijken de in ABS aanwezige immuunglobulinen (antilichamen) de produktie van zuivere antilichamen omdat de immuunglobulinen weer moeizaam uit het produkt moeten worden gefilterd.
Strouken ontwikkelde in zijn onderzoek een gemodificeerde vorm van ABS die wel een efficiënte eiwitproduktie mogelijk maakt. Hij wist de immuunglobulinen en toxische stoffen uit het ABS te verwijderen, en het gehalte aan celstimulerende stoffen op te voeren. Strouken kreeg gunstige resultaten met gemodificeerd ABS in een kweeksysteem waarbij in een medium met 100 milliliter FBS/ABS per liter een monolaag cellen wordt geteeld op een drager van polystyreen. Het onderzoek toont aan dat gemodificeerd ABS een prima en bovendien tien keer goedkoper alternatief is voor FBS.
Het gehalte aan celstimulerende stoffen in het ABS werd kunstmatig opgekrikt doordat Strouken er een eiwitextract uit de hypofyse (hersenklier) van kalveren, een afvalprodukt van slachthuizen, aan toevoegde. De celgroei verbeterde hierdoor fors; bij toevoeging van 200 mg extract aan één liter medium bleek het ABS-medium even goed als dat met FBS. Giftige stoffen en lipiden verwijderde Strouken verder uit ABS door daaraan hydrofiele (wateropnemende) siliciumoxide-deeltjes toe te voegen.
Het wegvangen van de immuunglobulinen (antilichamen) in ABS was lastiger. Strouken behandelde het ABS daartoe in een zoutoplossing met een combinatie van thiofiele (antilichamen bindende) adsorptie met ultrafiltratie. Hij ontwikkelde thiofiele adsorbentia waarmee immuunglobulinen efficiënt en gericht kunnen worden geïsoleerd: ST-gel (met veel hogere adsorptiecapaciteit dan bestaande gels) en de goedkope ES-gel (met hoge chemisch stabiliteit). Serum en zoutoplossing worden via ultrafiltratie weer gescheiden. Daarbij blijven de celstimulerende stoffen in het ABS behouden.
Concluderend stelt Strouken vast dat zijn bevindingen aantonen dat gemodificeerd ABS een uitstekend alternatief is voor FBS bij de aanmaak van kweekmedia voor eiwit-producerende zoogdiercellen voor medische en veterinaire doeleinden. Dat maakt zijn onderzoeksresultaten van groot belang voor de farmaceutische industrie. Runderserum is namelijk nog altijd onmisbaar bij de aanmaak van kweekmedia. Alternatieve kweekmedia (o.m. op basis van melk) presteren volgens Strouken tot dusver beduidend minder goed.
Dat er alternatieven nodig zijn voor FBS staat voor Strouken buiten kijf. 'Er zijn wereldwijd problemen bij de produktie van FBS voor farmaceutische doeleinden. Het aantal landen dat FBS mag leveren wordt elk jaar kleiner vanwege virus-infecties en hormoontoediening bij de runderen en gebrek aan controle op de bron van herkomst van het serum. Alleen landen als Canada en Nieuw-Zeeland mogen nog leveren; vrijwel alle Europese landen, waaronder Nederland, niet meer. Vandaar de speurtocht naar alternatieven.'
Het afnemend aantal producenten van FBS is volgens Strouken gevolg van de strenge kwaliteitscontrole die de afnemers - farmaceutische industrie en medische wereld - hebben ingesteld. 'Het runderserum moet aan de strengste kwaliteitseisen voldoen. De industrie is zeer huiverig voor onzuiver runderserum. Men is bang voor pyrogene (koortsverwekkende) reacties in het lichaam van de patiënt', zegt Strouken, die zich momenteel bij Organon met runderserumkwaliteit bezighoudt. Veel biotechnologie-bedrijven die FBS toepasten, gingen volgens Strouken de laatste jaren failliet doordat ze de afnemers niet konden garanderen dat hun serum aan alle eisen voldeed.
Een bijkomend effect van de ontwikkelingen op de wereldmarkt voor runderserum - goed voor ongeveer een half miljard gulden per jaar - zijn zeer sterk fluctuerende prijzen. Gemiddeld kost FBS circa 450 gulden per liter, maar die prijs loopt af en toe op tot het driedubbele. Deze situatie heeft al snel een bloeiend zwart circuit in het leven geroepen, aldus Strouken, waarin serum uit 'verboden landen' goedkoop verhandeld werd.
Volgens Strouken is ABS een prima alternatief, te meer daar de serumproduktie kan plaatsvinden onder gecontroleerde condities: een streng gekeurde kudde virusvrije donor-koeien die gevoed wordt met een speciaal uitgebalanceerd dieet. 'Een levende bloedbank', zegt Strouken. De kosten zijn verder relatief laag: zo kunnen de benodigde kalverhypofysen bijvoorbeeld als slachtafval gratis bij abbatoirs worden afgehaald. Wel moeten de betrokken kalveren onder strikte veterinaire controle staan.
ABS is dus het ei van Columbus? 'In principe wel. Mijn onderzoek komt alleen op een verkeerd moment. Doordat in de toepassingssfeer veel bedrijven failliet zijn gegaan, is er tijdelijk teveel FBS op de markt, waardoor de prijs nu zó laag ligt (500 gulden per liter) dat men nauwelijks oog heeft voor alternatieven. Ik verwacht echter dat we over drie jaar weer met een groeiend tekort en stijgende prijzen zullen zitten. Dan krijgt ABS mogelijk kansen.' Niettemin zullen de kwaliteitseisen die aan serum en donorkoe worden gesteld een probleem blijven, aldus Strouken.
