27 Biotechnologische ontwikkelingen in de orale biochemie ten behoeve van de patiëntenbehandeling

Samenvatting

Omdat het onderzoeksgebied van de tandheelkunde slechts een klein onderdeel vormt van het medisch onderzoek, spelen nieuwe ontwikkelingen op medisch-biotechnologisch terrein zich meestal niet in eerste instantie af binnen de tandheelkunde. Duidelijk is echter wel dat de nieuwe ontwikkelingen ook redelijk snel hun toepassingen gaan vinden binnen de tandheelkunde. Op de volgende gebieden zijn op niet al te lange termijn doorbraken te verwachten:

• Met behulp van de moleculaire technieken zijn grote vorderingen gemaakt op het gebied van recombinant-DNA-techniek en genklonering. Daardoor is een groot aantal eiwitten en groeifactoren die in speeksel aanwezig zijn ter beschikking gekomen voor experimentele en in beperktere mate ook voor klinische toepassing.

• Door de organisch-chemische synthese van peptiden kunnen vele functionele domeinen van biologisch actieve grote eiwitten inmiddels worden geanalyseerd en vervolgens ook worden toegepast. In het bijzonder vormen de antimicrobiële peptiden een hoopgevende toepassingsmogelijkheid voor de bestrijding van mondinfecties en -ontstekingen. Grote voordelen van deze peptiden zijn dat ze geen immunologische afweer oproepen in ons lichaam, dat ze proteolytisch afbreekbaar zijn en dat ze geen resistentie oproepen bij micro-organismen.

• Voor weefselregeneratie vormen vooral de ontwikkelingen op het terrein van stamcelonderzoek een uitdaging om daarmee vanuit lichaamseigen cellen nieuwe celtypen en nieuw weefsel te laten groeien. Dit kan mogelijk een oplossing zijn voor patiënten bij wie de speekselklieren door een therapie (o.a. radiotherapie) of de ziekte zelf (bijv. het syndroom van Sjögren) zijn beschadigd.

• Met behulp van gentransfer kunnen defecte genen en functionele eiwitten worden vervangen, zodat functieherstel kan optreden.

• Met behulp van de micro-arraytechniek zal beter inzicht worden verkregen in de veranderingen die op genniveau optreden bij beginnende pathologische ontregeling.

In 1987 poneerden Levine e.a. in een review het volgende:

‘Kennis van de structuur en functie van de speekselglycoproteïnen zullen de logische basis vormen voor de ontwikkeling van speekselsubstituten, hetzij voor de versterking van de beschermende kwaliteiten van de tandpellicle, hetzij voor de modulatie van tandplaquevorming. De taak van oligosacharideketens van glycoproteïnen moet als een sleutel worden beschouwd in de samenstelling van speekselsubstituten voor toepassing bij patiënten met xerostomie. Daarnaast zouden oligosachariden de selectieve vasthechting van ‘niet-pathologische’ flora zoals van S. sanguis kunnen bevorderen.’

Tabak schreef in 1989 over de toekomstige ontwikkeling van speekselsubstituten:

‘Het ligt nu binnen het bereik van de moderne biochemie om hybride vormen van moleculen te synthetiseren, waarbij functionele domeinen van verschillende speekselbeschermingsfactoren kunnen worden gecombineerd. Nog opwindender zou het zijn om genspecifieke modulatoren te ontwikkelen, die de expressie van geschikte speekseleiwitten, indien gewenst, kunnen stimuleren.’

Nu, bijna twintig jaar later, zijn de geschetste mogelijkheden van de biotechnologie dichtbij gekomen. Met andere woorden: het is de verwachting dat in de nabije toekomst speekselsubstituten zullen worden gemaakt die op geleide van de onderliggende afwijking de volgende ingrediënten zouden kunnen bevatten:

• aids: histatinen, cystatinen, antilichamen;

• tanderosie: mucinen en fosfoproteïnen;

• cariës: mucinen, cystatinen, antilichamen;

• xerostomie: mucinen, histatinen, cystatinen, antilichamen.

Mandel (1993) heeft in de jaren negentig beschreven dat de commercialisering de belangrijkste ontwikkeling op het gebied van speekselonderzoek is. Financiële ondersteuning via de industrie ontsluit ook de weg naar nieuw onderzoek. De belangstelling voor nieuwe ontwikkelingen in de bereiding van mondspoeldranken en speekselsubstituten neemt voortdurend toe, vooral omdat de toepassing van speekseleiwitten en hun modificaties mondoverstijgend lijkt te zijn. Speekselgroeifactoren zijn ook van belang voor de ontwikkeling en het herstel van weefsels buiten de mondholte (zie hoofdstuk 11). Peptide-antibiotica (zie hoofdstuk 7) kunnen overal in ons lichaam worden toegepast waar infecties zijn. Het hoogmoleculaire mucine MUC5_B komt ook in de luchtwegen en het darmlumen voor. Lactoferrine komt meer in moedermelk voor dan in speeksel. Uit deze opsomming blijkt dat moleculair mondonderzoek als basis kan dienen voor onderzoek elders in ons lichaam.

De huidige mondspoelvloeistoffen geven alleen tijdelijk verlichting van mondklachten, maar dienen niet als geneesmiddel. Het enige speekselsubstituut dat geregistreerd staat als geneesmiddel is Saliva Orthana^®. Deze orale vloeistof is in de jaren zeventig van de vorige eeuw ontwikkeld door het gezamenlijk onderzoek in de orale biochemie van de RUG en de VU (prof. dr. E.J. ’s Gravenmade en prof. dr. P.A. Roukema). Inmiddels zijn onder andere in de sectie Orale Biochemie nieuwe wegen geopend om mondspoeldranken samen te stellen, waardoor bescherming van de orale weefsels beter wordt gewaarborgd. Allereerst is gelet op de stromingseigenschappen van speekselmucinen, waardoor zij zich in de mondholte kunnen verspreiden over de verschillende weefseloppervlakken. Hierbij werd gevonden dat sublinguale mucinen (MUC5_B) naast viskeuze ook elastische eigenschappen hebben (zie hoofdstuk 8). Op grond van deze bevinding werden natuurlijke en synthetische polymeren geselecteerd op hun visco-elastische eigenschappen. Vooral de natuurlijke gommen (zoals guargom en xanthaangom) en de polyacrylzuren blijken geschikt te zijn als basis van speekselsubstituten. Naar aanleiding van dit gegeven is een nieuwe formule opgesteld voor een speekselsubstituut met xanthaangom, dat onder de naam Xialine^® verkrijgbaar is.

In het bijzonder geeft de bevinding dat speeksel van nature rijk is aan ontstekingsremmende en antimicrobiële eiwitten, zoals cystatinen, defensinen, cathelicidine en histatinen, richting aan de ontwikkeling van een nieuwe generatie mondspoelvloeistoffen, die niet slechts bevochtigend werken, maar ook beschermende biologische activiteit hebben. Het op grote schaal produceren van cystatinen (met behulp van recombinant-DNA) en histatinen (door middel van peptidesynthese) is al mogelijk gebleken. Het is aannemelijk dat deze producten in de nabije toekomst een toepassing zullen vinden in mondspoelvloeistoffen en speekselsubstituten, die bij voorkeur worden toegesneden op de specifieke speekselinsufficiëntie van de individuele patiënt.

Daarnaast is voor de biotechnologie ook van belang het speeksel van de medicinale bloedzuiger Hirudo medicinalis, dat antibloedstollings- en antizwellingseiwitten bevat (zie hoofdstuk 28). Het antitrombotische eiwit hirudine staat in de belangstelling in verband met genetische manipulatie (Fackelman, 1991; Ribeiro en Francischetti, 2003). Daarnaast bevat speeksel van de muskiet Aedes aegypti purinenucleotidase, dat ook betrokken is bij de vertering van bloed van de gastheer (Ribeiro en Valenzuela, 2003). Ook de plasminogeenfactor van vleermuisspeeksel, die fibrine sneller oplost dan humaan plasminogeen, is biotechnologisch van belang (Gardell e.a., 1991). De antibloedstollingsfactor van speeksel van de teek kan een belangrijke toepassing krijgen door genetische manipulatie (Waxman e.a., 1990). Ook andere eiwitten zijn aanwezig in speeksel van bloedzuigende insecten, zoals biogeen aminebindend eiwit (Andersen e.a., 2003).

Kortom, in de komende jaren zal de belangstelling voor speeksel vanuit de farmaceutische industrie alleen nog maar toenemen, vooral gezien de potentieel mondoverstijgende functionele eigenschappen van de speekseleiwitten.

Ook het toonaangevende onderzoeksinstituut NIH (National Institutes of Health) uit de Verenigde Staten van Amerika heeft de laatste jaren een toenemende belangstelling getoond voor speekselonderzoek. Dit heeft onder andere geresulteerd in subsidies voor het opzetten van een aantal centra voor protenomics- en genomicsonderzoek, in subsidies voor de toepassing van deze methodieken ten behoeve van de vroegdiagnostiek van aandoeningen (o.a. orale carcinomen, syndroom van Sjögren, parodontaal verval) en subsidies voor een systematische aanpak van speekselklierproblematiek door bundeling van dierexperimentele, klinische en mathematische kennis (modelvorming). Met andere woorden: speeksel(klier)onderzoek staat meer in de (inter)nationale belangstelling dan lang het geval is geweest.