In deze tabaksplantjes groeien de medicijnen van de toekomst

Zijn sigaretten het nieuwste medicijn tegen kanker? Nee, zeker niet. Maar dankzij ontwikkelingen in genetische modificatie, is het verbouwen van tabak een onverwachte manier geworden om medicijnen tegen kanker te produceren.

Medicijnen die uit planten komen zijn al zo oud als mensenheugenis. Maar voor de ontwikkeling van een proces dat biopharming wordt genoemd waren we altijd beperkt door wat planten zelf produceerden. Nu maken wetenschappers van planten zoals de Nicotiana benthamiana en Nicotiana tobaccum fabrieken die medicijnen produceren voor behandelingen tegen Ebola, kanker en HIV/AIDS.

Een van de enkele tientallen bedrijven die bezig zijn met het ontwikkelen van de door planten geproduceerde medicijnen, is PlantForm uit Guelph in Ontario in Canada. Op dit moment is nog maar één van dit soort medicijnen op de markt. Dat is Elelyso en het wordt geproduceerd door Protalix, een Israelisch bedrijf, en wordt gebruikt om de weinig voorkomende ziekte van Gaucher te behandelen. Maar meer van dit soort medicijnen zullen binnenkort verkocht gaan worden, waaronder een door PlantForm geproduceerde versie van Herceptin die in 2016 verwacht wordt.

Hoewel er op dit moment nog maar weinig medicijnen door planten worden geproduceerd, is het potentieel van deze techniek enorm. "We kunnen ongeveer ieder biologisch medicijn maken," zegt Don Steward, de CEO van het bedrijf. Hij voegt eraan toe dat PlantForm ook nog een stuk goedkoper en sneller produceert.

Technieken om met biotech medicijnen te produceren bestaan al tientallen jaren en over het algemeen zijn die gebaseerd op het fermenteren van culturen van dierlijke cellen in grote bioreactoren. (Een veelvoorkomende bron van deze culturen zijn de eierstokken van Chinese hamsters.) Om op deze manier biologische medicijnen te produceren is erg complex en duur. Volgens Steward kost het bijna duizend euro om één dosis Herceptin te produceren. Met vivoXPRESS, de door PlantForm gepatenteerde methode die op tabaksplanten is gebaseerd, kost het nog maar honderd euro per dosis.

Ondanks dat er nog heel wat uitdagingen voor het biologische produceren van medicijnen zijn, is er al een enorme vraag naar. In 2013 werd de markt voor biopharming geschat op 200 miljard euro. Alleen de markt voor Herceptin heeft al een waarde van ruim 6 miljard euro en volgens PlantForm vertegenwoordigt de markt voor analoge medicijnen—kort gezegd kopieën van het medicijn met dezelfde werking—een waarde van tussen de 4 en 5 miljard euro. De reden hiervoor is simpel: biologische medicijnen werken er goed, omdat ze in staat zijn om specifieke aandoeningen—waaronder diabetes, Alzheimer en taaislijmziekte—erg precies en effectief aan te pakken.

Het potentieel van het met planten produceren van biomedicijnen kwam vorig jaar in het nieuws toen het experimentele medicijn ZMapp werd gebruikt om twee Amerikanen, die in Liberia Ebola hadden opgelopen, te genezen. Naast dat het medicijn op dat moment alleen nog maar op apen was getest, was er nog een bijzonderheid: ZMapp was door tabaksplanten geproduceerd.

Biologische medicijnen gebruiken stoffen die zijn gebaseerd op eiwitten. De meest voorkomende eiwitten in biologische medicijnen zijn antilichamen die door het menselijk lichaam worden geproduceerd wanneer het een ziekte probeert te bestrijden. De antilichamen binden zich aan de bijbehorende antigenen van barterien en virussen en daardoor wordt het immuunsysteem geactiveerd. Met biopharming wordt dat process nagebootst met kunstmatige antilichamen, die het lichaam interpreteert alsof ze natuurlijk zijn.

Zo is Herceptin, het medicijn waar PlantForm aan werkt, ook een antilichaam en het antigen waarmee het correspondeert heet HER2. Dat antigen komt in hoge concentraties voor bij bepaalde vormen van borstkanker. Wanneer Herceptin het antigen HER2 vindt, zorgt het ervoor dat het immuunsysteem van het menselijk lichaam de kankercellen gaat aanvallen en geen nieuwe kankercellen gaat produceren.

Zodra een biopharmingbedrijf een antilichaam, of een ander eiwit dat het nodig heeft om een ziekte te bestrijden, heeft ontworpen, hoeft het alleen maar meer ervan te produceren. De wetenschap weet veel over het laten groeien van cellen en met fermentatie is het vrij gemakkelijk. Maar met een beetje licht en water kunnen de cellen van planten zich ook erg efficient vermenigvuldigen. Er worden ook andere gewassen voor biopharming gebruikt, waaronder maïs, alfalfa, saffloer en rijst, maar in het bijzonder is tabak erg bruikbaar, omdat het snel en in grote hoeveelheden groeit, waardoor het produceren van cellen sneller en goedkoper wordt.

Om de planten de gewenste cellen te laten produceren, voegen de bio-ingenieurs een genetisch controlemechanisme toe aan de plant waardoor het antilichaam dat ze willen door de plant gemaakt wordt. Dit doen ze met behulp van een specifieke bacterie, van het geslacht Argobacterium, die het genetisch materiaal aflevert.

Bij PlantForm duurt dat proces ongeveer acht weken. Tijdens de eerste zes weken groeit de plant in de kassen van het bedrijf. Daarna worden ze geinfecteerd met de bacterie, waardoor ze naar ongeveer een week het gewenste medicijn gaan produceren. Uiteindelijk oogsten de technici de planten en gooien ze in een grote blender. Het medicijn wordt uit de resulterende groene brei gehaald.

Anders dan met de huidige technieken, lieten de eerste biopharmingbedrijven hun planten in de buitenlucht groeien. Die aanpak heeft twee nadelen: ten eerste kan de plant worden verontreinigd door invloeden van buitenaf, maar het voornaamste gevaar is dat het genetisch materiaal van de plant zich verspreidt naar andere gewassen. Zo is men in 2002 erachter gekomen dat een ras maïs dat voor farmaceutische doeleinden was gemodificeerd, zich had verspreid naar maïsvelden die voor menselijke consumptie waren bedoeld. Dit was een flinke tegenslag voor de hele biopharmingasector.

Om dit te voorkomen, laat PlantForm, en andere biopharmingbedrijven zoals Medicago, hun planten in een gecontroleerde omgeving groeien. Zo werkt PlantForm samen met onderzoekers van de universiteit van Guelph in Canada die broeikassen voor in de ruimte ontwikkelen. "Het is makkelijker om planten te kweken voor de productie van medicijnen, dan om sla in een ruimtestation te laten groeien," grapt Stewart. De teams hebben samengewerkt om de beste situatie qua luchtdruk, vochtigheid en licht te creeëren voor de planten.

Een andere grote vooruitgang in de huidige biopharmingtechnieken is dat de planten niet permanent gemodificeerd worden. De eigenschappen die de Argobacterium bij de planten introduceert, worden niet naar een volgende generatie doorgegeven. Hierdoor is er minder risico om besmetting van andere planten.

Omdat het erop lijkt dat PlantForm de complexe eiwitmedicijnen zo snel en in zulke grote hoeveelheden kan produceren, heeft het bedrijf investeringen aangetrokken zoals van de Bill and Melinda Gates Foundation om een medicijn tegen HIV/AIDS te ontwikkelen dat in Afrika kan worden verbouwd. Ook laten het Amerikaanse en Canadese leger vaccins tegen het zenuwgas sarin en andere vormen van bioterrorisme door het bedrijf produceren.

Genti Kostandini, landbouweconoom aan de Universiteit van Geogria, voorspelt dat biopharming in de komende tien jaar flink zal groeien. "De potentiële besparingen zijn enorm, zeker in de markten die nu door één of twee medicijnen worden voorzien," zegt hij. Monopolies beheersen op dit moment de farmaceutische industrie en de biologische medicijnen voor bepaalde ziektes worden nu alleen geproduceerd door het bedrijf dat het patent op het medicijn heeft. Als biopharmingbedrijven erin slagen om patenten te krijgen op hun medicijnen, kunnen ze de markt openbreken met analoge medicijnen die met planten worden geproduceerd. Naar verwachting zullen de bedrijven dan veel winst gaan maken. Dat is misschien goed nieuws voor bedrijven zoals PlantFom, maar het nog beter nieuws voor patiënten die zich nu diep in de schulden moeten steken voor de medicijnen die hun leven kunnen redden.