Virusremmers ontwikkelen is een proces van de lange adem. Wat maakt ze van belang en hoe werken ze op moleculair niveau? ‘Er zijn al 1,5 miljoen moleculen getest op de replicatie van SARS-CoV-2.’

‘De beste kans om ook tegen toekomstige varianten van het coronavirus te werken, is een breedspectrum virusremmer, die functies blokkeert die zó belangrijk zijn of nauw luisteren dat ze tijdens de evolutie van het virus niet veranderen’, zegt viroloog Martijn van Hemert van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC).

In de media hoor je veel over vaccins, maar die voorkómen infecties. Van Hemert richt zich op de volgende stap, na de infectie. Als voorbeeld van zo’n breedspectrum doelwit noemt hij het polymeraseenzym van SARS-CoV-2, dat het genetisch materiaal van het virus dupliceert. Daarom ontwerpen onderzoekers nucleosideanalogen, moleculen die sterk lijken op de nucleotiden die het polymerase normaal inbouwt in de nieuwe streng RNA, maar een andere vorm hebben. Daardoor loopt het polymerase vast en stopt de replicatie. Remdesivir is een voorbeeld van een nucleosideanaloge virusremmer. Het is geen wondermiddel, maar het vermindert wel de verspreiding van het virus in coronapatiënten.

Toch zijn er ook kanttekeningen bij het polymerase als doelwit. In tegenstelling tot de meeste RNA-virussen gebruiken coronavirussen proofreading, een mechanisme dat foutjes in de groeiende RNA-keten herkent. Het coronavirus heeft het NSP-14 eiwit, een exonuclease enzym dat die foutjes kan repareren. ‘Daarom werken veel nucleosideanalogen, zoals ribavirine, niet op SARS-CoV-2’, legt Van Hemert uit. ‘Het polymerase bouwt ribavirine wel in, maar het exonuclease knipt die nucleotideanaloog er direct weer uit.’

Volgens Van Hemert is remdesivir vooralsnog de enige uitzondering. ‘Het polymerase bouwt eerst remdesivir in en daarna gelijk nog drie nucleotiden. Daardoor herkent het exonuclease remdesivir niet, en stopt het polymerase uiteindelijk met kopiëren. Remdesivir ontsnapt dus aan dit proofreading-mechanisme.’

Blind screenen

Om nieuwe virusremmers te ontwikkelen, zetten LUMC-onderzoekers structure-based drug design in. Hierbij screent software moleculen op hoe goed ze passen in het actieve centrum van een bepaald doelwit enzym. Van Hemert: ‘Van veel SARS-virussen kennen we de 3D-structuur dankzij eiwitkristallografie. Als er een hit is, bestellen we de stoffen bij een bedrijf, en testen we in enzymatische assays of ze een effect hebben op het enzym.’ Vervolgens moet een stof ook werken in geïnfecteerde cellen. Het kan zijn dat een stof instabiel is in de cel, snel metaboliseert of schade aanricht.

Het laboratorium van Johan Neyts aan de KU Leuven gebruikt een tweede strategie om nieuwe virusremmers te ontwikkelen: cellen blind screenen met de volautomatische, geïsoleerde labrobot de CAPS-IT.

Dit systeem is uniek in de wereld, veel internationale bedrijven sturen stoffen naar Leuven. De labrobot test in cellen volautomatisch alle mogelijke stoffen die eventueel werkzaam zijn tegen het coronavirus. Je hoeft alleen de platen met celkweekjes aan te leveren via een sluis. Vervolgens infecteert de robot de cellen met SARS-CoV-2, voegt de teststof toe, en houdt de levenscyclus van de cel nauwkeurig bij met behulp van een fotospectrometer en microscopische beelden. Dit doet hij 24/7 met honderdduizenden stoffen tegelijk. Als de cellen de virusaanval overleven, dan is de geteste stof een ‘hit’ en mag die door naar de volgende ronde. Neyts: ‘Er zijn al 1,5 miljoen moleculen getest op de replicatie van SARS-CoV-2.’

Gastheerfactor

Zowel bij de screenings in Leuven als die in Leiden zijn al hits gevonden. ‘Welke strategie meer oplevert, zie je eigenlijk pas aan het eind van het traject. Op dit moment zetten we in op beide strategieën’, licht Van Hemert toe. ‘Er is al een aantal proteaseremmers uit de softwarescreening gekomen, maar dat is niet helemaal eerlijk, want daar werkten we al aan voordat SARS-2 uitbrak. We hebben daarnaast een veelbelovend molecuul dat breedspectrum actief is en aangrijpt op een gastheerfactor. Daarnaast bestuderen we ook een serie van moleculen die direct op het virus aangrijpen, en hebben we nog een molecuul waarvan we het target niet kennen, maar vermoeden dat dit een gastheerfactor is.’

Het LUMC en de KU Leuven werken samen met een groot aantal Europese partners aan de ontwikkeling van antivirale medicijnen. Dit gebeurt binnen het SCOREproject, een voorstel dat is gehonoreerd met het European Union’s Horizon 2020 programme (€ 2,6 miljoen), en het nog grotere CARE Innovative Medicines Inititiative, waarin veel farmaceutische bedrijven samenwerken. Van Hemert: ‘Het is een pijplijnstructuur, de ene partner test hits in enzymatische assays, medicinale chemici optimaliseren de synthese en een volgende partner test de stoffen in longepitheelmodellen.’

Medicijnen hergebruiken

Een antiviraal medicijn maken gaat niet over één nacht ijs. Het Neyts laboratorium creëerde een antiviraal medicijn tegen knokkelkoorts dat nu in klinische ontwikkeling is bij Johnson & Johnsen. ‘Tussen de eerste hit en het molecuul in klinische ontwikkeling zitten tweeduizend tussenstoffen. Inclusief de zoektocht naar financiering ben je tien jaar verder’, vertelt Neyts. Ook Van Hemert voorziet dat de ontwikkeling jaren gaat duren ‘Uiteindelijk haalt 95 procent van de kandidaten de eindstreep niet.’

De kortere route naar virusremmers is om bestaande geneesmiddelen te testen op SARS-CoV-2. De lijst van medicijnen die corona kunnen bestrijden, leek veelbelovend, maar inmiddels zijn er veel afgevallen; de ontstekingsremmers en antistollingsmiddelen daargelaten. Van Hemert: ‘Het malariamedicijn chloroquine werkt wel op apencellen, maar niet in de mens. De hiv-proteaseremmers gebruiken we al niet meer. Van alle bestaande medicijnen is eigenlijk alleen remdesivir over.’

Veel bestaande medicijnen zoals remdesivir dien je in de eerste fase van het ziekteproces toe via een injectie. Van Hemert: ‘Dat heeft een groot nadeel, iemand die een kuchje heeft of keelpijn ga je niet in het ziekenhuis injecteren. Daarvoor zou een pil beter zijn.’ Een aantal bestaande medicijnen zoals chloroquine gebruiken onderzoekers nog wel als controle, omdat het werkingsmechanisme in celkweek bekend is. Van Hemert: ‘We onderzoeken die medicijnen om te zien of er door combineren of sleutelen aan de toedieningsvorm nog verbeteringen te behalen zijn. Maar ik denk dat er andere moleculen zijn die meer beloven.’

Cocktail

‘Een goed medicijn is een cocktail van verschillende virusremmers, die elk op een ander proces van de viruscyclus aangrijpen en elkaar sterker maken’, vertelt Richard Janissen, biofysicus aan de Technische Universiteit Delft. ‘Ook de concentratie nucleosideanaloge virusremmer is belangrijk.’ Janissen ontdekte dat het virus sneller kan recombineren bij een lage concentratie nucleosideanalogen. Dit werkt in het voordeel van het virus, omdat het weer nieuwe ondersoorten creëert, waardoor een gespecialiseerd vaccin of een virusremmer met een ander doelwit dan het polymerase, ook niet meer werkt. Janissen: ‘Daarom moet je juist een hoge concentratie virusremmer gebruiken, om het polymerase te dwingen zo veel recombinaties te maken dat het virusgenoom onbruikbaar wordt.’

Voordat nieuwe virusremmers tegen SARS-CoV-2 zijn te testen op proefdieren, zijn er nog wat hordes te nemen. Zo moet zo’n virusremmer het aantal virusdeeltjes met een factor honderd verminderen, werkzaam zijn in longepitheelcellen, een optimale kinetiek en een eenvoudige syntheseroute hebben. Van Hemert: ‘Je hoeft er dus niet op te rekenen dat we dit soort moleculen in 2021 al op mensen kunnen testen.’