Inauguratie

Kansen op de grens van chemie en biotechnologie

Zoektocht naar de magische kogel voor chemotherapieën

De chemicus en de biotechnoloog kunnen de moleculaire architectuur van medicijnen verbeteren, biokatalysatoren voor groene grondstoffen ontwerpen of eiwitten voor ‘functional foods’ bereiden. De gerichte zoektocht naar molecuulstructuren bestaande uit twee complexe componenten – één uit de chemie en één uit de biotechnologie – en de ontwikkeling van nieuwe reactie om dit proces te faciliteren is de moeilijk toegankelijke, maar veelbelovende discipline van de bioconjugatie-chemie - het onderzoeksthema van prof.dr. Floris van Delft die op 19 mei zijn inaugurele rede aan Wageningen University houdt.

Organisator Wageningen University, Laboratory for Organic Chemistry
Datum

do 19 mei 2016 16:00 tot 18:00

Locatie

In zijn inaugurele rede, ‘Als de (ring)spanning stijgt’ gaat prof. Floris van Delft in op de chemie die twee afzonderlijk functionele chemische stoffen verbindt en hun mogelijkheden vergroot of specificeert. Het gaat de Wageningse buitengewoon hoogleraar om het ontwikkelen van nieuwe reacties die snel en selectief in water verlopen, en daarom bij uitstek geschikt zijn voor de modificatie van biomoleculen. De door het bedrijf Synaffix verder ontwikkelde en verfijnde chemotherapie is daarvan een goed voorbeeld. Doordat antilichamen zeer specifiek hechten aan bepaalde structuren op het oppervlak van de tumor, kunnen die hun lading – een antitumorstof - op exact de juiste plaats lossen. Zo kunnen kwaadaardige cellen zeer selectief worden aangevallen en gedood.

Geoliede machine

Een levende cel is een dynamische biochemische fabriek ‘barstensvol’ kleine moleculen, zoals water, en gigantische molecuulstructuren zoals DNA en eiwitten, zegt prof. Van Delft. “Verbindingen tussen moleculen worden gevormd en verbroken, met gebruikmaking of afgifte van energie en dat alles met optimaal rendement en grote precisie. Als chemicus kijk ik met diep ontzag naar deze geoliede moleculaire machine van de natuur.”

Meer dan de helft van alle moleculen in de cel bestaat uit eiwitten. Lipiden (in de membranen), suikers en nucleïnezuren (in het DNA) bepalen elk vijf procent van de inhoud, naast drie procent aan zouten. Dan is er nog een tiende dat als metabolieten valt te classificeren, waaronder veel complexe natuurproducten die veelal ook op chemische wijze zijn te synthetiseren. Eiwitten of nucleïnezuren zijn echter uitermate moeilijk of niet synthetisch te dupliceren. Een stukje eiwit, een peptide, is soms nog wel synthetisch toegankelijk, maar een volledig eiwit bestaat uit honderden aminozuren (de bouwstenen), waaraan dikwijls nog allerlei chemische groepen zoals complexe suikermoleculen zijn gekoppeld. “Vrijwel onmogelijk kunstmatig te bereiden”, concludeert prof. Van Delft.

Biotechnologie en chemie

Terwijl de meest complexe natuurstoffen tegenwoordig synthetisch zijn te bereiden, zijn kleine eiwitten al niet meer te synthetiseren en alleen op biotechnologische manieren te maken. Toch schept de combinatie van kleine biomoleculen en grote biologische structuren mogelijkheden. Voor het kleine eiwitmolecuul insuline, dat veel diabetespatiënten dagelijks gebruiken om hun suikerhuishouding op orde te houden, wordt al ‘geen greintje chemie’ gebruikt. Een bacterie zorgt voor de wereld-insuline behoefte. Dat betekent dat veel nog ingewikkelder stoffen zoals monoclonale antilichamen – vertakte eiwitstructuren van wel duizend aminozuren - onmogelijk zijn na te maken. “Geen organisch chemicus die zich daaraan waagt, vandaag niet en wellicht nooit”, zegt prof. Van Delft. Een biotechnologisch proces met zoogdiercellen is de enige mogelijkheid om zulke biologische medicijnen te vervaardigen. En de behoefte is groot, niet alleen op medisch vlak, waar de biotechnologisch geproduceerde eiwitmedicijnen intussen in de top tien van meest verkochte medicijnen staan. Dergelijke antilichamen zijn veel breder inzetbaar, zoals voor diagnostische testen. Andere eiwitten vinden hun weg in ‘functional foods’ en als biokatalysator voor de groene productie van fijnchemicaliën en materialen.

 Prof. Van Delft probeert nu de gescheiden werelden van de biotechnologische producten zoals eiwitten, te verenigen met die van de chemisch geproduceerde kleine moleculen. “Het gebruik van organisch chemische concepten om biotechnologische producten te verbeteren of nieuwe eigenschappen toe te kennen, is grotendeels onontgonnen terrein. Dit is het veld van de bioconjugatie-chemie”.

Achilles-hiel van de tumor

In zijn werk richt van prof. Van Delft zich onder meer op antilichaam-conjugaten voor de behandeling van kanker. Daarbij wordt gebruikgemaakt van zijketens op het oppervlak van tumoren, die unieke herkenningspunten vormen voor een antilichaam en daarmee de Achilles-hiel van de tumor zijn. Het Y-vormige antilichaam herkent feilloos de ankerplaats op de tumor, hecht eraan vast, en krijgt met het vooraf vastgehaakt giftige molecuul, zoals een synthetische natuurstof, toegang tot de ‘onwetende’ tumorcel. Deze neemt het antilichaam-conjugaat op en vernietigt de tumorcel van binnenuit. De techniek dient nog verder ontwikkeld te worden om de controle volledig te kunnen beheersen, functies toe te kennen en een stabiele werking te garanderen.

De buitengewone leerstoel van prof. Van Delft wordt gefinancierd door Synaffix BV in Oss.