Bacteriën reageren steeds minder op antibiotica: technologische innovatie is cruciaal
Christel Kuik en prof. dr. Chris Arts houden zich bezig met onderzoek binnen het nationale NWA DARTBAC1 consortium. Dit samenwerkingsverband is opgezet om onderzoek te doen naar ‘het niet meer reageren op antibiotica door bacteriën’, een ontwikkeling die steeds vaker wordt gezien. Doordat dit steeds vaker voorkomt, zal het aantal infecties – wereldwijd en in alle ziektebeelden - de komende jaren sterk groeien en dus een groot probleem zijn voor de medische wereld. Het beter bekend maken hiervan is een van de doelen van DARTBAC. Een tweede belangrijk doel is het ontwikkelen van nieuwe materiaaltechnologieën die kunnen dienen als alternatieve behandelmethoden. Christel Kuik doet promotieonderzoek naar bacteriële biofilm-infecties. Chris Arts, hoogleraar translationele biomaterialen, is als hoofdonderzoeker betrokken bij DARTBAC en leidt bovendien het consortium.
Bewustwording
Chris Arts: “Als bacteriën niet meer reageren op antibiotica, betekent dit dat ze resistent zijn geworden. Antibioticaresistentie, of kortweg AMR, is nu nog geen groot probleem in Nederland, maar dat gaat het wel worden. Doordat bacteriën steeds minder gevoelig worden voor antibiotica zullen er meer infecties gaan optreden en zullen we patiënten met een infectie steeds vaker niet kunnen helpen. Het is cru om te zeggen maar als we een infectie niet onder controle krijgen betekent dat ofwel een lichaamsdeel amputeren - als we op tijd zijn – ofwel het overlijden van de patiënt. We zullen het vaker meemaken dat mensen in Nederland ‘gewoon’ aan een longontsteking overlijden. Dat is iets dat we de afgelopen 60 jaar niet hebben gekend.
Vergeleken met de rest van Europa doen we het in Nederland nu nog relatief goed, maar de resistentie neemt snel toe. Ik verwacht dat dit in de toekomst het grootste probleem gaat worden voor de medische wetenschap. Binnen nu en 20 jaar is antibioticaresistentie wereldwijd doodsoorzaak nummer 1. Toch is die bewustwording er niet. Het probleem tegenhouden is niet mogelijk. Het enige dat we kunnen doen is proberen het effect ervan zo minimaal mogelijk te houden. Daar hopen we met het onderzoek van ons consortium aan bij te dragen”.
Orthopedische operaties
Christel: “Bacteriën die ongevoelig zijn voor antibiotica doen zich voor in alle medische gebieden. Een daarvan is de orthopedie. In Nederland vinden jaarlijks iets van 80.000 heup- en knieoperaties plaats; operaties waarbij een nieuw gewricht wordt geplaatst. Resistente bacteriën zijn bij deze operaties een groot probleem. Dat komt doordat er op de implantaten een biofilm kan ontstaan; dat is een complexe, slijmerige laag waarin bacteriën samenkomen op een oppervlak. Als die laag erop komt moet de prothese vaak weer verwijderd worden. Dit is natuurlijk heel belastend voor de patiënt. Nu we weten dat antibiotica steeds vaker niet de oplossing is om van de infectie af te komen, richten we ons op twee andere methodes. De eerste is ervoor te zorgen dat we meer grip krijgen op de ontwikkeling van de biofilm. De tweede is om te proberen de bacteriën te doden, of te verstoren bij de aanhechting op het oppervlak van een implantaat, met behulp van materiaaltechnologie”.
Meer grip krijgen op biofilm
Christel: “Biofilm is een natuurlijke overlevingsstrategie voor bacteriën. Het produceren van zo’n laag is een heel simpele en doeltreffende manier om zichzelf te beschermen. Ze zijn daar - helaas -ontzettend succesvol in. Je kunt biofilms vinden in arctisch ijs, de geisers van Yellowstone, maar ook gewoon in Nederlandse sloten. En dus op medische implantaten. Om onderzoek te kunnen doen naar biofilm op implantaten, is het nodig om het proces van aanhechting te visualiseren. Tot enkele jaren terug konden we dat nog niet, maar nu hebben we die mogelijkheid wel dankzij ‘massaspectrometrie beeldvorming’. Dat is een technologie waarmee we moleculen in beeld kunnen brengen. De implantaten bootsen we na door heel kleine implantaatjes te maken van titanium. Daarmee kunnen we de werkelijkheid schaalbaar maken. Op deze implantaatjes kweken we bacteriën, die daarop hun biofilm gaan vormen. Via de massaspectrometrie beeldvorming proberen we informatie te krijgen over het gedrag van de biofilm. We kijken naar wat er in de slijmlaag gebeurt, hoe de laag wordt opgebouwd en hoe bacteriën in die laag met elkaar communiceren. We proberen te vinden waar in het communicatiesysteem bacteriën tegen elkaar zeggen: "Nu gaan we vermeerderen," of "Nu gaan we naar een ander lichaamsdeel". Dit in kaart brengen doen we door in meerdere lagen van de biofilm te kijken: zowel aan de oppervlakte van het implantaat als bij de lichaamscellen die in contact komen met het implantaat. Door al deze informatie komen we meer te weten over de communicatie van bacteriën”.
Nieuwe materiaaltechnologie
Chris: “Als we meer weten over hoe de biofilm ontstaat en hoe de communicatie erin plaatsvindt, kunnen we er ook achter komen hoe we die communicatie het beste kunnen verstoren. Daarmee komen ook nieuwe therapieopties in beeld, bijvoorbeeld ervoor zorgen dat de biofilm überhaupt de kans niet krijgt om zich goed te hechten. Daarom werken we aan de ontwikkeling van materialen om bacteriën te doden of te verstoren bij de aanhechting. Een van de voorbeelden is bioactief glas. Dit is een interessant materiaal omdat het heel anders werkt dan antibiotica. Bioactief glas verandert bepaalde waarden (zoals de zuurgraad) waardoor de bacteriegroei stopt maar voert tegelijkerijd ook een mechanische aanval uit die de stabiliteit van de celwand verstoort. Een ander voorbeeld is ‘induction heating’ waaraan door Universiteit Leiden, een van de partners in het consortium, wordt gewerkt. Het idee hiervan is dat als je het implantaat nét voor je het in de patiënt aanbrengt verhit tot 70 graden, de lichaamseigen cellen wél kunnen aanhechten, maar bacteriën veel moeilijker. We weten nog niet wat het precieze mechanisme is, maar hebben het wel in meerdere experimenten kunnen bevestigen. Dit zou tot een heel simpele en breed toepasbare methode kunnen leiden.
Verder werken we samen met TU Delft aan 3D-printtechnieken op het oppervlak van implantaten om de aanhechting van de bacterie te bemoeilijken. En we werken aan bepaalde gels met een antimicrobial compound (een stof die micro-organismen zoals bacteriën kan doden of hun groei kan remmen). Deze kun je op een plaat of prothese aanbrengen om de aanhechting tegen te gaan. Dat doen we ook met coatings waar zilver in is verwerkt, dat ook een bacteriedodend effect heeft. Eigenlijk gaat het bij alle methodes om hetzelfde principe: door middel van technologie ervoor zorgen dat de bacterie niet, of verminderd, kan aanhechten, óf lokaal wordt gedood. Dat wij werken vanuit ‘materiaaltechnologieperspectief’, is relatief nieuw. Er wordt, en werd, in dit vakgebied nog veel vanuit ‘antibioticaperspectief’ gedacht. Gelukkig zijn er veel opties om vanuit de materiaalkant naar een oplossing te werken. Natuurlijk weten we daarbij ook dat - in plaats van proberen te genezen - het voorkomen van zo’n bacterie het allereffectiefst is”.
Impact
Chris: “Ons onderzoek is een combinatie van fundamenteel en translationeel onderzoek. Beide aspecten grijpen ook op elkaar terug. Op dit moment wordt bioactief glas al gebruikt in patiënten. De eerste patiëntstudies met coatings en induction heating starten in 2025. Wij kijken nu echt in detail naar hoe deze materiaaltechnologieën werken en waarom ze werken. Die fundamentele kennis is nodig om goed materiaaltechnologie onderzoek te kunnen doen”.
Christel: “Het bestuderen van bacteriële infecties is enorm relevant in de geneeskunde. Het bestrijden van infecties is cruciaal om de antibioticaresistentie aan te pakken en de uitkomsten voor patiënten te verbeteren. Het mooie van ons onderzoek is dat het de deskundigheid van orthopeden, microbiologen en chemisch analytici combineert. Dat komt nog niet vaak voor. Veelal zitten we als wetenschappers op ons eigen eilandje en weten we niet goed van elkaar wat we kunnen. Dat we nu de kennis delen en daardoor het grote beeld kunnen krijgen van het probleem is geweldig. Dat is ook nodig om dit probleem – hopelijk - op te kunnen lossen. We hebben tegenwoordig zoveel materiaal- en imagingtechnologieën waarmee we zoveel kunnen onderzoeken. Dat geeft mij hoop voor de toekomst”.
Chris: “De impact op de maatschappij kan uiteindelijk enorm zijn. Het aanbrengen van een prothese kost een paar duizend euro. Dat is nog te overzien. Maar als wij een prothese die geïnfecteerd is moeten vervangen, en we hebben wat tegenslag, kunnen de kosten zo oplopen naar 100.000 euro per patiënt. Als we die kosten kunnen vermijden, voorkomen we serieuze kosten voor de maatschappij. En niet in de laatste plaats: als nieuwe technieken naar de kliniek gaan, is dat ook een zegen voor patiënten bij wie de prothese dan niet hoeft te worden vervangen.
De impact van ons onderzoek, en ons consortium, zit ook in bewustwording. We weten dat het aantal infecties sterk gaat groeien door verdere antibioticaresistentie. Het is geen science fiction meer, het is al realiteit. Voor alle ziektebeelden gaat dit een probleem worden. Aangezien de ernst van het probleem zo groot is, kun je dit alleen maar multidisciplinair aanpakken. Daarom ben ik ook zo enthousiast over ons consortium – en überhaupt over consortia. Je komt samen gewoon verder!”
1Het consortium NWA (Nationale Wetenschapsagenda) DARTBAC staat voor Dutch Antimicrobial Resistance Technology development and Biofilm Assessment Consortium. Hierin nemen verschillende academische, medische en industriële partners deel.
Foto: Joey Roberts
Tekst: Eline Dekker
Vond je dit artikel interessant? Volg ons dan op Instagram en LinkedIn voor meer.
Lees ook
-
Subsidieverstrekker NWO heeft besloten dat binnen het onderzoeksprogramma ENW Open competitie XS in totaal 28 projecten financiering krijgen. Drie van die projecten kennen een UM-wetenschapper als hoofdaanvrager.
-
Ron van Golde werkt samen met onderzoekers om de IVF-zorg te verbeteren. Hij kijkt hierbij vooral naar hoe embryo's zich innestelen in de baarmoeder.
-
Ingrid Dijkgraaf (CARIM) vertelt over teken en hoe de stoffen die zij maken nuttig kunnen zijn bij onderzoek naar hart- en vaatziekten.