Summary
Samenvatting Innovative Therapeutics
- Course
- Institution
- Book
Volledige samenvatting van alle collegestof van het vak innovative therapeutics.
[Show more]
Connected book
Book Title:
Author(s):
- Edition:
- ISBN:
- Edition:
2 reviews
By: ja2 • 3 year ago
By: miloco • 4 year ago
Seller
Follow
daniquekoopman
Reviews received
Content preview
College 1: Introductie, genomics & oligonucleotiden en gentherapieHoofdstuk 1, 9, 15 en 16; H.J. Haisma
Introductie
Biologicals zijn nieuwe geneesmiddelen. Een belangrijk verschil tussen biologicals en chemische
moleculen (klassieke geneesmiddelen) is dat biologicals grote geneesmiddelen zijn die afkomstig zijn
van een levend organisme, ze zijn daarom biologisch. Een tussenvorm tussen kleine moleculen en
biologicals zijn antibiotica als penicilline, dit is een grensvlak. Ze worden namelijk wel geïsoleerd uit
levende weefsels, maar werden al vrij vroeg gebruikt. Biologicals zijn in de regel later ontwikkeld. In
het lichaam zijn veel hormonen en eiwitten aanwezig. Bij sommige mensen is echter suppletie nodig.
Moleculen die een gezond persoon in overschot heeft kunnen dan worden overgedragen aan
patiënten met een tekort. Een voorbeeld hiervan zijn transfusies van bloedderivaten of vaccinaties.
Recombinante eiwitten of antilichamen worden dan geïsoleerd en ingebracht bij een ander
organisme. Een ander voorbeeld zijn xenotransplantaties. Hierbij wordt weefsel van een organisme
naar een ander organisme getransplanteerd. Een voorbeeld hiervan is de transplantatie van de
hartklep van een varkenshart naar een mens. In de praktijk komen xenotransplantaties echter weinig
voor.
Biologicals kunnen afkomstig zijn uit ieder organisme dat leeft, zoals in zoogdiercellen, planten, de
mens, bacteriën, gist, baclovirussen of transgene dieren. Veel biologicals worden gemaakt in
zoogdiercellen. Planten zijn ook eukaryoten, en kunnen ook eiwitten maken, ze kunnen daarom ook
worden ingezet voor de productie van biologicals. Een voorbeeld van een geschikte plant is de
tabaksplant. De mens is ook een bron van bepaalde geneesmiddelen. Zwangere vrouwen kunnen
bijvoorbeeld hun urine doneren, hieruit kunnen hormonen geïsoleerd worden. Bacteriën en gisten
kunnen ook worden gebruikt voor de productie van biologicals. Difterie is een van de eerste ziektes
die behandeld werd met een soort biological. Deze ziekte was eerst niet te behandelen. Men heeft
toen gebruik gemaakt van paarden, deze werden niet heel ziek van difterie, maar maakten wel
antistoffen tegen de toxines. Antistoffen uit paarden konden dan geïnjecteerd worden bij patiënten,
waardoor zij genazen van difterie. Een bekender voorbeeld is insuline. Insuline moest in de eerste
instantie ontdekt worden. Dit is gedaan bij proefdieren. Insuline kon toen geïsoleerd worden uit
varkens. Patiënten waarbij dit werd toegediend kregen soms last van allergische reacties, er zijn
daarom een aantal derivaten ontwikkeld. Insuline wordt tegenwoordig geproduceerd met behulp
van recombinante techniek. Genen worden dan geïnjecteerd in een bacterie, wanneer deze genen
zijn ingebouwd in het DNA van de bacterie kan de bacterie insuline gaan produceren.
Biologicals kunnen worden geclassificeerd op basis van functie en toepassing:
Groep 1, enzymatische of regulerende activiteit: Hierbij is sprake van vervanging of aanvulling van
bepaalde enzymen of eiwitten. Het immuunsysteem kan dan bijvoorbeeld worden beïnvloed door
een bepaald biological. Een biological kan dan zorgen voor een verhoging van een bepaald signaal.
Het biological kan ook een compleet nieuwe functie of activiteit hebben.
Groep 2, targeting: Hierbij is sprake van specifieke targeting. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt bij
kankercellen. Hierbij kan een interactie worden verstoord of een payload kan worden afgeleverd.
Groep 3, vaccins: Vaccins bevatten vaak immunologisch materiaal. Deze kunnen worden gemaakt via
recombinante technieken. Ze dienen dan vaak voor bescherming of kunnen worden toegepast bij
auto-immuunziektes. Patiënten kunnen ook worden gevaccineerd bij de behandeling van kanker.
Groep 4, diagnosticum: Biologicals kunnen worden gebruikt voor diagnostiek, bijvoorbeeld om te
kijken of een patiënt voldoende insuline produceert. Dit is geen onderdeel van de cursus.
Het belangrijkste verschil tussen kleine moleculen en biologicals is de grootte. Een deel van de kleine
moleculen zijn uit de natuur afkomstig, zoals aspirine. Andere kleine geneesmiddelen worden
chemisch gesynthetiseerd. Een tussenvorm is insuline. Dit is een klein eiwit, bijna een peptide. Het is
echter nog steeds groter dan een chemisch molecuul. Het is een biological omdat het afkomstig is uit
,een levens weefsel, en het is chemisch niet te produceren. De techniek om insuline te maken is
ingewikkeld en duur, chemische productie is daarom niet mogelijk. Biologische productie kent echter
veel haken en ogen, niet ieder molecuul wat geproduceerd wordt is hetzelfde. Een volgende stap zijn
moleculen met een grootte tussen 10.000 en 100.000 Da, als EPO. De structuur van deze eiwitten is
veel ingewikkelder. Er zijn in deze gevallen diverse structuren nodig met een specifieke vouwing.
Wanneer het eiwit op een andere manier gevouwen wordt is het niet meer functioneel.
Monoklonale antilichamen: nog een stap groter, deze hebben een grootte groter dan 100.000 Da.
Deze biologicals bestaan uit meerdere eiwitten.
De meeste biologicals zijn een vorm van een eiwit die we zelf al aanmaken of zouden moeten
aanmaken, als insuline of EPO. Er kan dus goed worden voorspeld wat het middel doet in het
lichaam, de specificiteit is dus goed te voorspellen. Dit is bij chemisch gesynthetiseerde middelen
anders. Hierom is er ook minder sprake van bijwerkingen. De eiwitten zijn namelijk ontworpen om in
ons lichaam hun werk te doen. De middelen worden meestal goed getolereerd en er treedt vaak
geen immuunrespons op. De ontwikkeling van een geneesmiddel kan dus veel sneller gaan, er kan
sneller om goedkeurig worden gevraagd. Een nadeel is echter dat er volgens het oude model veel
studies gedaan moeten worden, waaronder toxicologische studies. Het middel moet dus eerst in
proefdieren worden gebruikt. Bij biologicals is dit lastig, omdat de toxicologie ingewikkelder is,
aangezien hoge doseringen in fysiologische omstandigheden niet voorkomen. Er kunnen dus
vreemde resultaten uit een toxicologisch onderzoek komen, die minder relevant zijn.
Biologicals nemen een enorme vlucht. Er is tegenwoordig een afname in de omzet van conventionele
geneesmiddelen, en een toename in de omzet van biologicals. Er worden ook steeds meer biologicals
ontwikkeld. ATMP staat voor advanced therapy medicinal products. Dit is ook een vorm van een
biological. Er is dan sprake van een cellen die als geneesmiddel worden gebruikt. Dit is bijvoorbeeld
zo bij beenmergtransplantaties. Een andere vorm van ATMP is somatic cell therapy medicinal
products. Een voorbeeld hiervan is de productie van een nieuw hoornvlies op basis van genetisch
materiaal. In sommige gevallen worden ATMP’s gecombineerd met een andere toedieningsvorm, als
een pompje. Naarmate er meer biologicals werden ontwikkeld nam de complexiteit toe. De
verwachting is dat in de toekomst ook nanosimilars als liposomen worden ontwikkeld.
Genomica
Een gen is de basale fysieke en functionele eenheid van erfelijkheid. Genen zijn opgebouwd uit DNA
en coderen voor een eiwit. Bij mensen variëren genen in grootte, een gen kan bestaan uit slechts een
paar honderd DNA basen, maar ook uit meer dan 2 miljoen basen. Het humane genoom bestaat uit
20.000 tot 25.000 genen en bevat alle informatie die nodig is voor de productie van eiwitten, ook
wanneer deze wel en wanneer deze niet geproduceerd moeten worden. Het DNA bestaat uit 4
basen: A, C, T en G. Voor de productie van een eiwit moet het DNA eerst worden vertaald naar
messenger RNA (mRNA), dit proces
wordt transcriptie genoemd. RNA
bestaat bevat ribose in plaats van
deoxyribose als suikerbase en bevat de
base U in plaats van de base T. Tijdens
de translatie worden de basen in
groepen van 3 (codons) vertaald naar
een aminozuur. Met de 20.000 tot
25.000 genen in het humane genoom
kunnen wel 100.000 eiwitten worden
gemaakt. Dit is zo omdat RNA kan
worden gespliced, verschillende
eiwitten kunnen op deze manier tot
expressie komen. Ander DNA kan
,leiden tot een ander eiwit met een totaal andere functie. Een voorbeeld van een mutatie is de
omwisseling van 2 basen. Er ontstaat dan ander mRNA, waardoor een ander aminozuur wordt
geproduceerd. Dit is bijvoorbeeld het geval bij sikkelcelanemie, er ontstaan dan niet functionele
bloedcellen omdat het eiwit niet meer juist gevouwen kan worden. De transcriptie vindt plaats in de
kern van de cel. Wanneer mRNA geproduceerd is beweegt het zich naar het cytoplasma. In het
cytoplasma vindt de translatie plaats. Het ontstane eiwit wordt hier ook weer geprocessed. Het eiwit
kan namelijk allerlei veranderingen ondergaan, als fosforylatie. De functie van het eiwit is dus
afhankelijk van hoe het eiwit eruitziet.
Tussen insuline van een varken, koe en mens bestaat veel homologie. De cysteïne groepen zitten bij
alle vormen op dezelfde plekken. Insuline van een varken of koe is daarom ook werkzaam in de
mens. Om menselijk insuline te maken moet het insuline gen eerst worden opgezocht. Dit kan
worden geïsoleerd uit iedere menselijke cel in het lichaam, iedere cel in het lichaam bevat immers
hetzelfde DNA. Het meest praktische is echter om het gen te isoleren uit een cel die al insuline
produceert, je kunt dan RNA uit deze cel isoleren. RNA bevat namelijk geen intronen, waardoor het
kleiner is dan het DNA. Het RNA kan dan weer worden omgezet in DNA. Dit kan worden omgezet in
een plasmide. Dit is een stuk circulair DNA dat in een bacterie kan worden gezet. De bacterie kan dan
worden aangezet tot productie van menselijk insuline.
Wanneer een eiwit geproduceerd wordt worden eerst allerlei voorlopers geproduceerd. Zo’n
voorloper bevat vaak signaalpeptides, dit is opgebouwd uit de eerste aminozuren. Vervolgens volgt
een stuk aminozuren dat eerst verwijderd moet worden. Een signaalpeptide dient voor het transport
naar het endoplasmatisch reticulum. Dit moet later weer afgeknipt worden voor het vormen van een
functioneel eiwit. Voor het vormen van een functioneel eiwit moet ook processing plaatsvinden. Een
voorbeeld hiervan is het vormen van sulfidebruggen tussen α-keten. Deze sulfidebruggen kunnen
worden gevormd tussen cysteïnezijgroepen, aangezien deze aminozuren zwavelgroepen bevatten.
Sulfidebruggen kunnen dienen als bruggen in de α-keten zelf, maar ook als brug tussen α-ketens en
β-sheets. Het processen is van belang van het functioneren van het eiwit. Het processen en het
wegknippen van reststukken aan het eiwit is niet mogelijk in de bacterie. Eiwitten waarbij dit het
geval is kunnen dus wel worden geproduceerd door een bacterie, maar het eiwit wat ontstaat is niet
functioneel. Bacteriën zijn dus vooral geschikt voor de productie van simpele eiwitten. Een andere
optie is het inzetten van verschillende bacteriën. Insuline bestaat bijvoorbeeld uit 2 ketens. Productie
in 1 bacterie is niet mogelijk, productie is wel mogelijk wanneer een bacterie keten a produceert en
een andere bacterie keten b. Via een chemisch proces kunnen dan sulfidebruggen tussen deze
ketens worden gemaakt. Gist is wel in staat om posttranslationele modificaties uit te voeren.
Sommige posttranslationele modificaties kunnen echter wel verschillen van de mens. Met name de
glycosylatie verloopt anders. Veel eiwitten in het lichaam zijn geglycosyleerd, dit houdt in dat de
eiwitten gelinked zijn aan suikermoleculen. Dit proces is van belang voor de stabiliteit van het eiwit.
Suiker kan gelinked worden aan de NH2-groep van asparangine (N-linkage) of de OH-groep van serine
(O-linkage). De glycosylatie van gist is dus soms net iets anders. Dit is soms wel, maar soms ook niet
van belang. Zoogdiercellen kunnen ook worden gebuikt voor de productie van eiwitten. CHO
(afkomstig van de eierstokken van een marmot) en HEK293 zijn oude cellijnen die gebruikt kunnen
worden voor de productie van eiwitten. Een voordeel van deze cellijnen is dat er precies bekend is
wat ze kunnen. Een ander voordeel is dat er altijd terug kan worden gegaan naar de originele cellijn.
Zoogdiercellen zijn in staat om posttranslationele modificaties uit te voeren. Een nadeel is echter dat
ze afhankelijk zijn van serum en langzaam groeien.
Geneesmiddelen kunnen worden gemaakt omdat patiënten een genetische afwijking hebben,
wanneer deze afwijking bekend is kan er worden voorspeld welke eiwitten niet geproduceerd
kunnen worden. Er kan dus worden bepaald of dit eiwit mogelijk aangevuld moet worden. Een
gezonde patiënt wordt dus vergeleken met een zieke patiënt. Het is belangrijk om te bepalen wat er
aan de hand is en hoe hier het beste op in te spelen. Zo mist er mogelijk een eiwit wat aangevuld kan
, gaan worden. Het is ook mogelijk dat er een niet functioneel eiwit wordt geproduceerd wat schade
aan het lichaam kan aanrichten. Het is in dit geval van belang om een geneesmiddel te produceren
wat kan binden aan het zieke eiwit, om zo de functie van dit eiwit te blokkeren.
Het humane genoom is tegenwoordig bekend. Er zijn echter wel kleine verschillen tussen personen
onderling. Om goed te kunnen bepalen wat er aan de hand is met een patiënt met een genetische
aandoening breng je het hele genoom van een zieke patiënt in kaart. Dit kan tegenwoordig voor nog
maar een paar 1000 euro. In de darmen dragen we bacteriën met ons mee. Al deze bacteriën hebben
ook een bepaald genoom. De darmbacteriën zijn van belang voor onze gezondheid en eventuele
ziektes. De hoeveelheid bacteriën in de darmen is enorm groot, er zijn 10 keer zoveel cellen dan
bacteriën aanwezig in de darmen, en het genoom van het microbioom in de darmen bestaat uit
ongeveer 3,3 miljoen genen, terwijl het humane genoom uit 23.000 genen bestaat. Het genoom van
het microbioom bevat dus ook zeer veel variatie.
Eiwitten kunnen onderling op elkaar reageren. Er is sprake van een soort netwerk, wat uiteindelijk
vergeleken kan worden op populatieniveau. Alle cellen in het genoom hebben hetzelfde DNA. Een
uitzondering op deze regel is kanker. Een kankercel heeft DNA wat iets verschillend is. Deze
verschillen kunnen worden geanalyseerd. Er kan dan worden gekeken naar welke genen actief zijn,
dit kan worden vergeleken met normale cellen. Dit worden gedaan met behulp van een microarray.
Hierbij wordt gekeken naar welke cellen wel en geen DNA produceren. Op basis van welke genen bij
welke patiënt zijn kun je kijken hoe goed of hoe slecht het met een patiënt gaat. De prognose kan
dan worden bepaald. Op basis van deze prognose kan de behandeling worden aangepast. Zo kan de
behandeling worden aangepast op basis van het eigen genoom van de patiënt. Dit wordt
personalized medicine genoemd. Deze methode heeft als doel om patiënten te onderscheiden, dit
kan bijvoorbeeld worden gedaan op basis van een genetische analyse. Dit leidt tot een specifiekere
therapie.
Je kunt technieken ook inzetten voor het bestuderen van een bepaalde ziekte. Er kunnen dan dieren
worden gemaakt met een bepaalde mutatie. Dit worden transgene diersoorten genoemd. Wanneer
een gen in een dier wordt uitgeschakeld wordt dit een knock-out genoemd. Er dan in deze dieren
worden gekeken of een behandeling aanslaat op niet. Er kunnen ook dieren worden gemaakt die
bepaalde eiwitten produceren, ze worden dan gebruikt als een soort geneesmiddelfabriek.
Genetische modificaties kunnen worden gebruikt bij voedsel, om bijvoorbeeld de productie te
verhogen. Het uitschakelen van genen gebeurt op steeds grotere schaal. Sommige technieken om dit
te doen zijn vrij simpel, zoals bijvoorbeeld Crispr-CAS.
Oligonucleotiden en gentherapie
Wanneer er nieuwe behandelingen ontwikkeld gaan worden die gebaseerd zijn op genetisch
materiaal moet dit bekend worden gemaakt. Bij gentherapie kunnen cellen worden geïsoleerd uit het
lichaam, deze kunnen in het lab worden behandeld met een plasmide of een virus. Het eiwit kan dan
worden geproduceerd uit de cellijn. Dit wordt cell-based delivery genoemd. Direct delivery is ook een
optie, dan wordt een gen direct in een virus gezet wat toegediend kan worden. Een voordeel aan
cell-based delivery is dat de omstandigheden in het lab gecontroleerd worden. Bij gentherapie
worden in veel gevallen stamcellen aangetast. Deze blijven altijd aanwezig in het lichaam en kunnen
zich eindeloos repliceren. Mensen hebben hier hun leven lang voordeel bij. Om gentherapie uit te
kunnen voeren moet genetisch materiaal in de cel terecht komen, wanneer het genetisch materiaal
in het cytoplasma blijft gebeurt er immers weinig. Genetisch materiaal kan in de celkern worden
gebracht met behulp van een vector. Voorbeelden van vectoren zijn AAV, adenovirussen,
retrovirussen of kaal DNA. Kaal DNA is DNA zonder veranderingen. Het kernmembraan passeren is de
moeilijkste stap. Het doel van het gebruik van virussen is dat mensen niet ziek worden van het virus
zelf, maar hier alleen voordeel van ondervinden.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller daniquekoopman. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $4.81. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
52510 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now