Een man en een vrouw lopen over een nauw pad door de jungle in het Amazonegebied, op weg naar hun dorp. Het is warm en ze hebben slippers aan. Ineens vloekt de man: iets heeft hem gebeten. Ze zien nog net het roodbruine lijf van de giftige gewone lanspuntslang (Bothrops atrox) wegschieten. De wond doet pijn, blijft bloeden, de man wordt duizelig. De vrouw heeft gelukkig een telefoon en weet een buurman met een scooter op te trommelen. Die brengt zijn dorpsgenoot naar het dorp, maar het is nog wel twee uur rijden naar het ziekenhuis waar antiserum kan worden toegediend. Als ze in het ziekenhuis aankomen kreunt en vloekt de man van de pijn. De wond ziet er bloederig, vies en gezwollen uit. In het beste geval zal hij met een verminkte voet door het leven moeten.

Honderdduizenden slachtoffers

Duizenden keren per dag spelen zich vergelijkbare scenario’s af. Per jaar worden tussen de 1,8 en 5,4 miljoen mensen gebeten door giftige slangen, vooral in India, Afrika, Zuidoost-Azië en Brazilië. Van deze slachtoffers overleven zo’n 100.000 mensen de beet niet en nog eens 400.000 raken blijvend verminkt.

Een nieuwe aanpak met small molecules als medicijn kan mogelijk de ergste schade voorkomen. Daarop wijzen studies van de gifonderzoeksgroep van de Vrije Universiteit Amsterdam en Naturalis. ‘Er zijn drie manieren waarop slangen giftig kunnen zijn’, zegt Mátyás Bittenbinder. ‘Neurotoxines vallen de zenuwen aan, hemotoxines vallen het bloed aan, en dan zijn er cytotoxines die cellen en weefsel aanvallen.’ Bittenbinder promoveerde op 30 oktober jl. aan de VU bij hoogleraar Freek Vonk en Jeroen Kool op toxines uit de derde groep.

‘De neurotoxines en hemotoxines zijn het meest dodelijk, daar is dus behoorlijk wat onderzoek naar gedaan’, legt Bittenbinder uit. ’Weefselbeschadigende toxines zijn minder dodelijk, en ook minder onderzocht. Maar die leveren wel heel veel schade op: mensen raken blind, verliezen een hand of voet, of houden er levenslang zweren of nierschade aan over.’ In zijn promotieonderzoek ontwikkelde Bittenbinder een high-througput-methode om de effecten van toxines in verschillende soorten slangengif op weefsel te onderzoeken, evenals dat van potentiële medicijnen. Als slangengifexpert is hij regelmatig in de wildernis te vinden, vertelt hij, maar voor dit onderzoek bestelde hij het slangengif gewoon in gevriesdroogde vorm. Just add water, en je hebt slangengif.

Dat gif haalde Bittenbinder vervolgens door een HPLC-kolom die de ingrediënten scheidt op eigenschappen als hydrofobiciteit of molecuulmassa. De verschillende toxinen komen er één voor één uit aan het eind van de kolom. Daarvan werd 10% gebruikt voor karakterisering van de toxine met hulp van een massaspectrometer. De andere 90% wordt ingezet om in een assay het effect op celculturen te testen. Bittenbinder: ‘Met een dubbele fluorescente kleuring van Hoechst en propidiumjodide kun je dan bijvoorbeeld het afbreken van de celwanden detecteren.’

Matrix knippen

Dat effect zag Bittenbinder bij verschillende toxines. ‘Fosfolipasen kunnen bijvoorbeeld heel nauwkeurig één vetzuurstaartje van de membraanlipiden afknippen, waardoor het membraan instabiel worden. Andere toxines maken een porie in de celwand, waardoor de osmosebalans in elkaar klapt.’

Nog weer een andere groep toxines knipt juist gericht de eiwitten in de extracellulaire matrix (ECM) los, het weefsel van eiwitten dat de cellen bij elkaar houdt. Bittenbinder: ‘Sommige knippen heel gericht laminine of fibronectine. Andere richten heel generiek schade aan. Als het maar vernield wordt.’

Het toedienen van gif op een organ-on-a-chip-platform bood een extra realistische test, in dit geval een kunstmatig gekweekt haarvaatje. Bittenbinder: ‘Het is een soort bloedvat van één cellaag, waar het groeimedium doorheen kan stromen. Je ziet dan gewoon de gaten ontstaan: binnen twee, drie minuten was het een grote gatenkaas. In de 2D-tests met gewone celkweken gaat dat veel langzamer.’

lees verder onder de afbeelding

Weefselbeschadigende slangentoxines zijn dus in te delen in celmembraan-vernielers en ECM-vernielers; een nieuw inzicht in de manier waarop slangen chemische oorlogsvoering op hun slachtoffers loslaten. Maar kennis van de vijand houdt ook in dat je het slachtoffer kunt bewapenen.

Het standaard tegengif tegen een slangenbeet is antiserum, een op antilichamen gebaseerd medicijn dat het gif specifiek aanpakt. De eerste versies werden al in de negentiende eeuw ontwikkeld door paarden lage dosis slangengif te geven, en hun bloed te zuiveren.

‘Maar antilichamen zijn duur om te maken, moeten gekoeld worden bewaard, en ze moeten worden geïnjecteerd’, zegt Bittenbinder. Juist in ziekenhuizen in de gebieden waar slangenbeten een groot probleem zijn, is dat vaak te hoog gegrepen. Bovendien wonen mensen vaak ver weg van zo’n ziekenhuis en is transport een probleem. Slachtoffers zijn (te) lang onderweg, waardoor de schade vaak onherstelbaar is. Antilichamen zijn bovendien specifiek bedoeld tegen bepaalde toxines, terwijl mensen vaak niet weten welke slangensoort ze gebeten heeft. Daarnaast zijn het relatief grote moleculen, die zich in weefsels niet gemakkelijk verspreiden.

Metalloproteases

Jeroen Kool, hoofd van de onderzoeksgroep bioanalytische chemie aan de VU, besloot enkele jaren geleden om het over een andere boeg te gooien. ‘Samen met onderzoekers van Liverpool School of Tropical Medicine kwamen we op het idee om het juist te proberen met kleine moleculen, die je oraal kunt innemen. Een klasse van slangengiftoxines zijn de metalloproteases, die zink bevatten. Als we nou eens met small molecule inhibitors het zink uit dat complex kunnen trekken, kunnen we het toxine neutraliseren.’

Dus testte Bittenbinder ook de effectiviteit van een aantal van deze kleine moleculen, die aan de vergiftigde celculturen werden toegevoegd. Met verrassend positief resultaat, zegt Bittenbinder. ‘Als je mij vijf jaar geleden had gevraagd: komt er een pil die tegen een brede klasse van slangengiffen werkt, had ik gezegd: nooit. Maar nu denk ik: misschien kan het wel.’

En een week na zijn promotie werd bekend dat de VU een onderzoekssubsidie van €5 miljoen krijgt voor twee trials in Brazilië en in Ghana, met de small molecule inhibitors marimastat en unithiol. Kool: ‘Marimastat, een metalloproteaseremmer, is een voormalig kandidaat-medicijn tegen kanker. Het is al wel door fase-3 trials gekomen, dus het is veilig, maar het was niet effectief genoeg.’ Unithiol, ofwel 2,3-mercapto-1-propaansulfonzuur, wordt al gebruikt als medicijn bij vergiftigingen met zware metalen. Het molecuul cheleert zware metalen: het vormt een complex met metaalionen, zoals het zink uit de metalloproteases.

Het duurt nog zeker een jaar voordat de details zijn opgezet en de uitkomst van een klinische trial is nooit zeker. Maar voor de man uit het begin van dit artikel biedt het hoop, mits hij in die toekomst leeft. Al in het dorp neemt hij dan een pil, die daar gewoon als pillenstrip klaarligt. Onderweg naar het ziekenhuis begint de unithiol in zijn bloed al toxines op te ruimen. Twee uur later, als de man in het ziekenhuis het antiserum krijgt, ziet de wond er nog steeds niet fijn uit, maar de grootste, blijvende schade is voorkomen.