Antibiotica op een chip│ Vandaag wordt er in de biotechnologie massaal ingezet op mini-laboratoria of Lab-On-Chip systemen. Deze chips maken gebruik van technologie die toelaat om laboratoriumanalyses uit te voeren met minuscule volumes. Zo’n chip is te vergelijken met de exemplaren uit smartphones of tablets, maar deze heeft kleine kanaaltjes waar vloeistoffen op een heel gecontroleerde manier door lopen. De toepassing waar deze thesis op inzet, is een chip die met deze technologie in staat is om het juiste antibioticum te kiezen tegen een bacteriële infectie. Op die manier kan in de toekomst een gepersonaliseerd antibioticum afgestemd worden op de ziekteverwekkers om zo het wereldwijde probleem van antibioticaresistentie tegen te gaan.
Al sedert de ontdekking van penicilline door de Schotse wetenschapper Sir. Alexander Fleming vormt het incorrect gebruik van antibiotica een gevaar voor onze gezondheid. De ontwikkeling van antibioticaresistentie bij o.a. de ziekenhuisbacterie Staphylococcus aureus (MRSA) en salmonella is één van de meest uitdagende problemen geworden. Vooruitblikkend op sterftecijfers van 10 miljoen mensen per jaar wordt er gesteld dat tegen 2050 de grootste doodsoorzaak te wijten zal zijn aan infectieziekten veroorzaakt door bacteriën die onbehandelbaar zijn geworden. Daarom doet de Wereldgezondheidsorganisatie oproepen om de krachten te bundelen in de zoektocht naar nieuwe antibiotica.
In een poging om alternatieve therapieën te ontwikkelen, rapporteerde het Laboratorium voor Gentechnologie van de KU Leuven in 2014 een nieuw soort antibioticum dat gebaseerd is op enzymen afkomstig van bacteriële virussen. Deze enzymen breken een bacterie van binnenuit af zodat ze uiteindelijk uit elkaar spat. Door de enzymen te modificeren, is men erin geslaagd om zogenaamde ‘enzybiotica’ te ontwikkelen die ook Gram-negatieve bacteriën zeer snel afdoden. Deze vooruitgang was heel belangrijk omdat enkele Gram-negatieve bacteriën op dit moment het grootste gevaar vormen. Daarnaast is de kans minimaal dat bacteriën resistent worden tegenover enzybiotica. Tegen het penetreren van het celmembraan en andere beschermende lagen heeft een bacteriële cel namelijk weinig verweer. Het unieke aan deze enzybiotica is dat ze op maat van elke bacterie kunnen gemaakt worden. Om dit maatwerk drastisch te versnellen, werken momenteel laboratoria uit de universiteiten van Leuven, Gent en Cambridge (Groot-Brittannië) samen aan een Lab-On-Chip die in staat is om miljoenen varianten van het enzybioticum af te toetsen aan een specifieke ziekteverwekkende bacterie. Binnen dat belangwekkende verhaal had mijn thesisonderzoek als doel om enkele belangrijke problemen op te lossen die werden gevonden in het eerste werkend prototype van zo’n screeningplatform.
Om een screening uit te voeren, baseren we ons op de principes van druppelgebaseerde microfluidica waarbij microdruppels worden gezien als minuscule, biochemische reactors. Zo is het de bedoeling om de grote verscheidenheid aan varianten individueel in te sluiten in druppels van enkele picoliters. Met een zelfontworpen chip ben ik erin geslaagd om dat proces te controleren. Daarnaast is het mogelijk om met een specifiek type injector nieuwe componenten voor analyse van de enzybioticum-specificiteit toe te voegen aan microdruppels. Het uiteindelijke doel is om miljoenen individuele enzybioticumvarianten te screenen op antimicrobiële activiteit en zodoende het meest effectieve enzybioticum te vinden tegen een bepaalde bacterie.
Wil je Lorenz aan het werk zien? Kom dan naar de finale van de VBI Student Research Awards op 10 oktober in de Aula van de 2e Hoofdwet in Leuven en help hem de hoofdprijs te bemachtigen! Meer info.