Afgelopen jaar is er een aantal belangwekkende studies gepubliceerd op het gebied van ‘proteomics’. Deze studies laten zien dat proteomics een toegevoegde waarde kan hebben in de vroege diagnostiek en preventie van kanker. Wat is ‘proteomics’ precies, en welke resultaten zijn er zoal mee geboekt? Hoe veelbelovend is dit vakgebied voor de toekomst van de gezondheidszorg? Dit artikel geeft een korte schets van de veelbelovende ontwikkelingen omtrent proteomics op medisch(-technologisch) gebied.
Waarom proteomics?
Het DNA dient weliswaar als de vaste basis voor de expressie van eiwitten, maar de interacties en veranderingen die eiwitten ondergaan kunnen niet met DNA-onderzoek in kaart worden gebracht. DNA-onderzoek geeft uiteindelijk een statisch beeld van een complexe en dynamische werkelijkheid. Precies om deze reden werd proteomics, 25 jaar geleden, gezien als “the next big thing” in medisch-wetenschappelijk onderzoek. Met proteomics kunnen immers, dankzij de focus op eiwitten, nieuwe inzichten worden verworven over gezondheid en ziekte.
Zo spelen veranderingen in eiwitten een belangrijke rol in processen van veroudering en het risico op het krijgen van bepaalde ziektes. Daarbij kan de rol van omgevingsinvloeden, die mogelijk ten grondslag liggen aan veranderingen in eiwitstructuren – en daarmee aan ziektes – met proteomics beter inzichtelijk worden gemaakt. Bovendien kunnen de mechanismes die schuilgaan achter gezondheid en ziekte in kaart worden gebracht.
Onderzoek van het proteoom levert dan ook belangrijke inzichten op voor diagnostiek en preventie. Ook medicijnontwikkeling kan baat hebben bij proteomics, bijvoorbeeld doordat er nieuwe ‘aangrijpingspunten’ voor medicatie worden geïdentificeerd. Ten slotte kunnen er, met behulp van proteomics, stappen worden gezet op het gebied van ‘personalized medicine’, doordat onze precieze individuele samenstelling qua eiwitten – en het ingrijpen hierop door medicatie – in kaart kan worden gebracht.
Proteomics en massaspectrometrie
Massaspectrometrie geldt als de gouden standaard binnen proteomics. Deze techniek berust op de fragmentatie van moleculen om vervolgens te analyseren uit welke bouwstenen, zoals eiwitten of kleinere peptiden, deze zijn opgebouwd. Dergelijke bouwstenen worden geïdentificeerd op basis van hun gewicht en lading. Voor een nauwkeurige identificatie van eiwitten zijn er uitgebreide databases beschikbaar. Bio-informatica speelt dan ook een cruciale rol binnen proteomics.
Daarnaast kan massaspectrometrie worden gebruikt om de interacties tussen eiwitten en hun lokalisatie te bestuderen. Alles tezamen biedt deze techniek inzicht in zowel de kwantiteit als de kwaliteit (hoedanigheid) van eiwitten in bijvoorbeeld bloed, urine of weefsels.
Echter, er zijn ook beperkingen aan massaspectrometrie. De kosten zijn momenteel hoog, en het kan eiwitten in lage concentraties niet goed detecteren. Bovendien is het een uitdaging om de vele verschillende eiwitdatabases te integreren. Ook zijn deze databases nog niet volledig, daar het totale proteoom nog niet in kaart is gebracht.
Ontwikkelingen van proteomics binnen farma
Niettegenstaande de zojuist geschetste beperkingen, is er afgelopen jaar is een aantal studies gepubliceerd waarin veelbelovende inzichten zijn opgedaan voor kankerdiagnostiek met behulp van proteomics. Deze studies maakten gebruik van proteomics om verschillen in bloedmonsters te analyseren van mensen die uiteindelijk wel en niet met kanker werden gediagnosticeerd.
In een onderzoek (pdf), gepubliceerd in Nature Communications in april 2024, werden 44.000 bloedmonsters onderzocht, waaronder 4.900 monsters van mensen die later kanker ontwikkelden. Er werden 107 eiwitten gevonden die al 7 jaar voor diagnose van structuur veranderden en 182 eiwitten die dit minstens 3 jaar voor diagnose deden. Vooral bij de laatste categorie bestond een sterke correlatie tussen het gemodificeerde eiwit en het op een later tijdstip ontwikkelen van kanker.
Voor een ander onderzoek (pdf), eveneens gepubliceerd Nature Communications, werden eiwitten uit het bloed van maar liefst 300.000 kankerpatiënten onderzocht. Hierbij werden 40 eiwitten gevonden die invloed hadden op het risico om 9 verschillende soorten kanker te krijgen.
De in beide onderzoeken gevonden eiwitten kunnen in de toekomst mogelijk bijdragen aan de preventieve screening van kanker. Het is echter niet vanzelfsprekend dat deze eiwitten ook dienst kunnen doen als targets voor medicatie. Het laatste is namelijk sterk afhankelijk van onder meer het soort eiwit, de locatie in de cel en de aanwezigheid van zogenaamde ‘binding sites’ waarop medicatie kan aangrijpen. Ook moet men bij medicamenteus ingrijpen op de aanwezigheid van bepaalde eiwitten rekening houden met mogelijke bijwerkingen. Enerzijds lijkt een verhoogde aanwezigheid van het FGFR3-eiwit bijvoorbeeld samen te hangen met een verhoogd risico op blaaskanker, anderzijds leidt een medicamenteuze verlaging van het FGFR3-eiwit waarschijnlijk tot een verhoogd risico op artrose en botaandoeningen.
Ontwikkelingen van proteomics binnen Medtech
Ook op het gebied van Medtech vinden er, dankzij proteomics, veelbelovende ontwikkelingen plaats. Zo heeft het bedrijf Novelna een bloedtest ontwikkeld die de aanwezigheid van aan kanker gerelateerde eiwitten screent. Een kleinschalige studie (pdf) toonde aan dat deze test bij 93% van de mannen en 84% van de vrouwen succesvol de aanwezigheid van een tumor constateerde.
Daarnaast beginnen ontwikkelingen in de bio-informatica, ten behoeve van proteomics, hun vruchten af te werpen. Zo heeft het bedrijf Somalogic een platform opgebouwd waarbinnen 11.000 verschillende eiwitstructuren zijn opgeslagen. Onderzoekers van Stanford University hebben vervolgens met deze kennis een oogvloeistoftest ontwikkeld. Deze test kan, zo bleek uit hun onderzoek (pdf), in een eerder stadium dan tot nu toe beschikbare technologieën, hersenaandoeningen diagnosticeren.
Door proteomics te combineren met AI bleek bovendien dat cellulaire verouderingsprocessen versneld optreden bij bepaalde aandoeningen. Bij diabetespatiënten die nog niet bekend waren met (diabetische) retinopathie (aantasting van het netvlies), werd bijvoorbeeld een versnelde veroudering van de oogcellen waargenomen. Deze studie leverde daarmee niet alleen belangrijke inzichten op in de veroudering van het oog (een ogenschijnlijk opzichzelfstaand proces), maar ook dat het kan leiden tot verbeterde preventieve screening voor oogaandoeningen.
Proteomics, de weg voorwaarts?
Samenvattend laten de recente ontwikkelingen in proteomics zien dat dit vakgebied een veelbelovende bijdrage kan leveren aan de medische wetenschap en gezondheidszorg. De inzichten die voortkomen uit proteomics kunnen niet alleen helpen bij het vroegtijdig opsporen van ziekten zoals kanker, maar ook bij het ontwikkelen van gepersonaliseerde behandelstrategieën. Toch zijn er nog grote uitdagingen, zoals kosten en de volledigheid van eiwitdatabases. Daardoor lijkt de rol van proteomics in preventie en passende zorg voor nu nog toekomstmuziek. Desalniettemin wijzen de hoopvolle ontwikkelingen van de afgelopen jaren op een groeiend potentieel voor dit vakgebied.
Bron: Axon Healthcare, British Medical Journal (BMJ), Cell, Endpoints, Nature, SmartHealth
