Sneller nieuwe medicijnen vinden – zonder de beperkingen van grote DNA-barcodes
Onderzoekers in Leiden, onder leiding van Sebastian Pomplun, hebben een nieuwe methode ontwikkeld om honderdduizenden moleculen te screenen voor geneesmiddelenonderzoek — dit keer zonder DNA-tags, maar met massaspectrometrie. ‘We wilden geneesmiddelenonderzoek sneller en toegankelijker maken,’ zegt Pomplun.
Nieuwe medicijnen vinden begint vaak met het opsporen van een molecuul dat aan het juiste eiwit bindt. Dat proces kan jaren duren en miljoenen kosten. Het Leidse team ontwikkelde een snellere en flexibele manier om veelbelovende kandidaatmedicijnen te vinden, zonder DNA-barcode.
‘Bij geneesmiddelenonderzoek begin je meestal met een enorme verzameling moleculen en hoop je dat er één blijft plakken aan je doelwit-eiwit,’ legt Pomplun uit. ‘Traditioneel testen farmaceutische bedrijven molecuul voor molecuul in gigantische robotfaciliteiten, zogenaamde high throughput screening. Het werkt, maar het is ontzettend duur en langzaam.’
Wat als het ook zonder DNA kan?
De afgelopen tien jaar maken veel labs gebruik van DNA-encoded libraries (DELs). Hierbij krijgt elk klein molecuul een stukje DNA als barcode, zodat je achteraf kunt aflezen welk molecuul aan het doelwit bindt.
‘Het is een briljante techniek,’ zegt Pomplun, ‘maar heeft ook grote nadelen.’ De DNA-tag kan moleculen blokkeren, vooral bij eiwitten die zelf interacties met DNA of RNA hebben, en het beperkt de chemische reacties die je kunt uitvoeren. ‘Wij vroegen ons af: wat als we dezelfde screening konden doen, maar helemaal zonder DNA?’
Moleculen die blijven plakken, worden geanalyseerd
Deze nieuwe methode vervangt de barcode door massaspectrometrie, een techniek die kleine moleculen kan detecteren en identificeren op basis van hun massa en hoe ze in fragmenten uiteen vallen. Het team maakte chemische bibliotheken van honderdduizenden verbindingen, elk opgebouwd uit net iets andere combinaties van moleculaire bouwstenen. Wanneer je deze verbindingen met een doelwit-eiwit mengt, worden de moleculen die blijven plakken geïsoleerd en geanalyseerd met massaspectrometrie.
‘Het is alsof elk molecuul een unieke vingerafdruk achterlaat,’ legt Pomplun uit. ‘Zelfs als twee verbindingen dezelfde massa hebben, laat de manier waarop ze fragmenteren zien welke welke is.’
Een bibliotheek van een half miljoen moleculen in slechts enkele dagen
Samen met computationele experts van de Universiteit van Jena ontwikkelde het Leidse team software om de complexe spectra te interpreteren en te koppelen aan de juiste moleculaire structuren. ‘Dat was een grote stap: al die signalen omzetten in iets dat we daadwerkelijk kunnen gebruiken.’
De eerste resultaten zijn veelbelovend: de methode identificeerde succesvol zeer sterke kandidaten voor eiwitten die betrokken zijn bij kanker, inclusief doelen die met DNA-gebaseerde methoden niet getest kunnen worden. ‘Wat mij het meest enthousiast maakt, is de snelheid,’ zegt Pomplun. ‘We kunnen in slechts een paar dagen een bibliotheek van een half miljoen verbindingen maken.’
Geneesmiddelenonderzoek toegankelijker maken
In de toekomst hoopt het team dat hun “zelf-gecodeerde” methode geneesmiddelenonderzoek ook toegankelijker maakt voor universiteiten en kleinere labs. ‘Met onze methode kunnen ook academische labs makkelijker meedoen aan vroege fasen van geneesmiddelenontwikkeling,’ zegt Pomplun. ‘Het is sneller, eenvoudiger en maakt het mogelijk om nieuwe soorten moleculen te onderzoeken die we eerder niet konden bestuderen.’