Zou 'designerslijm' een medicijn van de toekomst kunnen zijn?

Lichtmicrofoto van menselijke speekselklier, slijmcellen en een kanaal

  • Slijm bedekt de interne oppervlakken van het lichaam, waar het fungeert als een barrière tegen ziekteverwekkers en een voedselbron voor vriendelijke bacteriën.
  • De hoofdbestanddelen zijn mucinen - eiwitten bezaaid met suikermoleculen in verschillende patronen die bepalen hoe het slijm interageert met nuttige en pathogene micro-organismen.
  • Wetenschappers hebben nu een celgebaseerd platform gecreëerd voor het op bestelling produceren van deze mucinen met specifieke eigenschappen.
  • Onderzoekers zouden het platform kunnen gebruiken om op mucine gebaseerde behandelingen voor virale en bacteriële infecties te ontwikkelen.

Slijm is een slijmerig materiaal met een breed scala aan vitale functies op het grensvlak tussen het lichaam en de buitenwereld.

Het bedekt de cellen die de longen, het darmkanaal en de geslachtsorganen bekleden, waar het een barrière vormt tegen schadelijke stoffen en als smeermiddel fungeert.

In de darm, net als in de andere lichaamsoppervlakken, dient slijm ook als een poortwachter, waardoor ziekteverwekkers worden uitgesloten en nuttige micro-organismen worden toegelaten.

De hoofdbestanddelen van slijm zijn mucinen, dit zijn eiwitten die zijn versierd met kenmerkende patronen van suikermoleculen.

Deze vormen niet alleen een voedselbron voor bacteriën, maar kunnen ook fungeren als ankers om ze op hun plaats te houden wanneer ze zich binden aan moleculen in bacteriële celwanden die adhesines worden genoemd.

Door zich te binden aan de adhesinen van pathogenen, kunnen mucines die worden uitgescheiden in vloeistoffen zoals speeksel en tranen, voorkomen dat deze microben samenklonteren. Mucinen kunnen ook de "biofilms" van de ziekteverwekkers oplossen.

Biofilms zijn een verzameling bacteriën die hebben samengewerkt om dunne coatings op tanden en andere weefseloppervlakken te vormen. In sommige gevallen kunnen biofilms een negatief effect hebben op de gezondheid.

De patronen van suikermoleculen op mucinen spelen daarom een ​​cruciale rol bij het bepalen hoe het lichaam interageert met micro-organismen.

Mucinen zijn echter lastig te isoleren en te bestuderen, dus ons begrip van hoe ze werken is beperkt.

Nu heeft een team van onderzoekers een manier ontwikkeld om menselijke mucinen te maken die bepaalde patronen van suikermoleculen vertonen.

Een team onder leiding van onderzoekers van het Copenhagen Center for Glycomics kan nu laboratoriumculturen van menselijke embryonale niercellen genetisch programmeren om mucinen te produceren die binden aan specifieke bacteriële adhesines.

Hun werk verschijnt in Nature Communications.

Mucines op recept

De auteurs zijn van mening dat artsen op een dag mucinen kunnen voorschrijven die ofwel de groei van nuttige soorten bevorderen of ziekteverwekkende soorten remmen.

“Ongelooflijk veel ziekten hebben een verband met de darmflora, maar we weten nog heel weinig over hoe we de darmflora kunnen beheersen bij de behandeling van ziekten. Dit is waar synthetische mucinen nieuwe behandelingsopties kunnen openen”, zegt Yoshiki Narimatsu, universitair hoofddocent glycobiologie aan de Universiteit van Kopenhagen en een van de hoofdauteurs van het onderzoek.

"Uiteindelijk kun je je voorstellen dat je mucinen gebruikt als een prebiotisch materiaal, dat wil zeggen als moleculen die de goede bacteriën in het lichaam helpen", voegt hij eraan toe.

De onderzoekers speculeren ook dat kunstmatige mucinen kunnen worden gebruikt in plaats van antibiotica om bacteriële infecties te behandelen.

Artsen zouden bijvoorbeeld synthetische versies van de mucinen in speeksel en tranen kunnen gebruiken om bacteriën weg te spoelen die anders schadelijke biofilms zouden vormen.

"We stellen ons voor dat je in plaats van antibiotica te gebruiken, bijvoorbeeld oogdruppels produceert met de mucine die normaal de bacteriën verwijdert bij de behandeling van ooginfecties", zegt Dr. Narimatsu.

Competitie voor het griepvirus

Mucinen kunnen zelfs worden ingezet om te concurreren met het gewone griepvirus en te voorkomen dat het de cellen in de neus, luchtpijp en longen infecteert.

Om cellen in de luchtwegen te infecteren, klampt het virus zich vast aan suikermoleculen die siaalzuren worden genoemd in de celmembranen.

Maar om nieuw gecreëerde virusdeeltjes vrij te maken en de infectie voort te zetten, moet het virus een enzym gebruiken om zijn aanhechting aan de siaalzuren te verbreken.

"Mucinen bevatten enorme hoeveelheden siaalzuren", vertelde mede-hoofdauteur prof. Henrik Clausen aan "Detonic.shop".

Deze zuren binden niet alleen aan vrije virusdeeltjes, waardoor ze zich niet kunnen hechten aan gastheercellen in de neus, longen of beide - ze strijden ook om het gebruik van het enzym dat nieuwe virusdeeltjes vrijmaakt.

"In dit artikel bestuderen we alleen het effect op [de] afgifte van het virus, en we ontdekken dat specifieke mucines met siaalzuren [de] afgifte van het influenzavirus blokkeren en daarmee het vermogen om de infectie te verspreiden en te verspreiden," zegt prof. Clausen uitgelegd.