Met een slimme combinatie van laserlicht en kleurstof wil Karen Peynshaert een membraan in het oog doorboren dat nu nagenoeg geen enkel geneesmiddel doorlaat naar het netvlies.
Miljoenen mensen worden slechtziend of blind door ziektes in het netvlies. Wetenschappers ontwikkelden al heel wat geavanceerde geneesmiddelen zoals nanopartikels, virussen of celtherapie die deze aandoeningen in cellen en kleine diermodellen kunnen genezen. Maar ze blijven voorlopig onbruikbaar bij mensen omdat er net voor hun netvlies een membraan zit – het inner limiting membrane of ILM – dat geen enkel van deze medicijnen doorlaat. Wereldwijd zijn duizenden onderzoekers op zoek naar manieren om deze muur te doorbreken. Karen Peynshaert is een van hen. Ze is postdoctoraal onderzoeker aan de faculteit Farmaceutische Wetenschappen van de UGent. Ze onderzoekt of ze met een combinatie van laserlicht en kleurstof het ILM kan doorboren.
Peynshaert maakt daarvoor gebruik van een fotothermale kleurstof die zeer efficiënt licht kan opnemen en daardoor heel snel opwarmt. ‘Ik lever de kleurstof af aan het ILM en bestook die met extreem korte laserpulsen’, vertelt ze. ‘Daardoor verhit de kleurstof en begint het water dat eromheen zit te koken, wat bubbeltjes vormt. Wanneer die imploderen, perforeren ze het ILM en kunnen grotere geneesmiddelen toch het netvlies bereiken.’
Muizen zijn geen mensen
Een van de grootste problemen waar wetenschappers mee af te rekenen krijgen, is dat het ILM van mensen erg verschilt van dat van proefdieren. ‘Het ILM van een muis is twintig keer dunner dan dat van een mens’, vertelt ze. ‘Dat nanopartikels in proefdierstudies moeiteloos door het membraan van een muis geraken, wil dus nog lang niet zeggen dat dat ook bij een mens zal lukken.’
Om dit vraagstuk op te lossen, ontwikkelde Peynshaert een nieuw ex-vivomodel waarin ze de interactie van nanopartikels met het netvlies beter kan bestuderen. Deze vitreoretinale explant omvat zowel het glasvocht – de geleiachtige vloeistof tussen het netvlies en de ooglens – als het ILM, allebei gekende hindernissen voor de aflevering van geneesmiddelen aan het netvlies.
In het model bestudeerde Peynshaert het ILM van grotere dieren, in de hoop dat die representatiever zouden zijn voor de ogen van mensen. ‘In het slachthuis haalde ik verse koeienogen waaruit ik het netvlies met het ILM dissecteerde’, vertelt ze. ‘In het laagje glasvocht dat bovenop het ILM zat, injecteerde ik nano- partikels van verschillende grootte. Na een nachtje in de incubator bleek dat alle nanopartikels kleiner dan veertig nanometer door het ILM waren geraakt, maar dat de rest in het glasvocht was blijven steken.’
Meer controle
Door het ILM met kleurstof en laserlicht te bestoken, slaagt Peynshaert erin om ook grotere partikels naar het netvlies te sturen. ‘Op een klein prikje na, waarbij ik de kleurstof in het oog breng, is mijn techniek totaal niet invasief’, vertelt ze. ‘Bovendien keurde de FDA – het Amerikaanse agentschap dat de kwaliteit van medicijnen controleert – jaren geleden al de kleurstof goed voor klinische toepassingen. Ook absorbeert het netvlies nauwelijks het nabije infrarode licht van de laserpulsen, wat het extra veilig maakt.’
‘Op een klein prikje na, waarbij ik de kleurstof in het oog breng, is mijn techniek totaal niet invasief’
Peynshaert heeft ook veel meer controle over haar techniek dan onderzoekers die andere methodes gebruiken. ‘Ik kan spelen met zowel de hoeveelheid kleurstof die ik inzet, als met de grootte en de sterkte van de laserstraal. Bovendien kan ik exact bepalen waar ik het membraan precies wil perforeren, wat handig is wanneer een ziekte zich op een specifieke plaats in het netvlies bevindt.’
Die controle is er niet bij enzymen, de alternatieve techniek die tot nu toe het meest wordt onderzocht. ‘Het probleem met enzymen is niet zozeer dat ze het membraan letterlijk verteren’, vertelt Peynshaert. ‘Want hoewel het ILM heel belangrijk is tijdens de embryogenese, het foetale stadium waarin het oog wordt gevormd, kan het nadien worden weggehaald zonder dat dat enig effect heeft op het gezichtsvermogen van patiënten. Wat wel speelt, is dat wanneer de enzymen klaar zijn met het membraan, ze niet te stoppen zijn en ze ook beginnen te knagen aan de lagen die daar net onder liggen. Dat zijn onder andere de bloedvaten in het netvlies, waardoor bloedingen in het oog ontstaan.’
Menselijke donoren
Peynshaert voert nu vooral onderzoek uit op ex-vivomodellen, en recent testte ze de techniek ook uit op levende dieren. Naast voor nanopartikels onderzoekt ze de techniek ook voor virussen en stamcellen. Ze werkt daarvoor samen met onderzoekers van Michigan University en Johns Hopkins Medical School omdat de infrastructuur in haar lab in Gent niet geschikt is voor in-vivo-onderzoek. ‘De eerste resultaten bij gezonde konijnen zien er veelbelovend uit’, vertelt ze. ‘De techniek laat toe om medicijnen die anders geen kans maken, wel in het netvlies af te leveren zonder het te beschadigen.’
Binnenkort wil Peynshaert experimenten uitvoeren op dieren met oogziekten. En bij makaken, het proefdier dat het dichtst bij de mens aanleunt. Daarna pas volgt onderzoek bij mensen. ‘Momenteel bestudeer ik ex vivo ook de ogen van overleden donoren’, vertelt ze. ‘Dat zijn vaak ouderen waarbij het ILM dikker is dan bij jongeren, maar net daarom ideaal om oogziektes die vooral ouderen treffen, zoals glaucoom, te onderzoeken. Ik ontdekte al dat de kleurstof beter bindt op het ILM van mensen dan op dat van koeien, wat voor die dikte compenseert.’
Peynshaert hoopt de techniek over tien jaar in te zetten bij menselijke patiënten. Ze is ervan overtuigd dat de technologie een brede impact zal hebben binnen de oogheelkunde.
