Bestrijding astma: Belgische onderzoekers lossen meer dan een eeuw oud mysterie rond CL-kristallen op

In 1853 maakte de neuroloog en patholoog Jean-Martin Charcot aan het befaamde Salpêtrière-ziekenhuis in Parijs gedetailleerde schetsen van kristallen die hij had gezien in het spuug van astmapatiënten. Dezelfde kristallen werden gezien door de Berlijnse internist Ernst von Leyden in 1872. Geïnspireerd door de namen van de ontdekkers werden de kristallen beschreven als Charcot-Leyden kristallen, of CLC's.

Sindsdien zijn ze ook ontdekt bij andere chronische ontstekingsziekten zoals bronchitis - ontsteking van de grote luchtwegen -, rhinitis of neusslijmvliesontsteking, en rhinosinusitis of (neus)bijholte-ontsteking. Maar hun aanwezigheid en functie bleven een raadsel.

Een eerste aanwijzing werd pas meer dan een eeuw later gevonden: CLC's bleken opgebouwd te zijn uit het eiwit galectin-10 (Gal10), één van de meest voorkomende eiwitten in eosinofielen – cellen die een ontstekingsreactie op gang brengen. Normaal gezien vormen eiwitten echter geen kristallen in een goed functionerend lichaam en er moest dus meer aan de hand zijn.

Dokter Emma Persson, dokter Kenneth Verstraete, en Ines Heyndrickx gooiden zich samen met collega’s uit de VIB-UGent (Vlaams Instituut voor Biotechnologie-Universiteit Gent) onderzoeksgroepen van professor Bart Lambrecht en professor Savvas Savvides, en het biotechbedrijf argenx op het mysterie.

Ze wilden testen of CLC's het immuunsysteem in de longen overstimuleren, en zo bijdragen tot ontstekingsreacties die kunnen leiden tot problemen.  

"Elke arts leert over Charcot-Leyden kristallen en associeert ze met de aanwezigheid van eosinofielen. Ze worden vaak gevonden in het spuug van astmapatiënten, zeker bij zware vormen van astma. Toch wist niemand wat deze kristallen deden en waarom ze daar te vinden waren. Zoals urinezuurkristallen pijnlijke ontstekingen in de gewrichten veroorzaken bij jicht, redeneerden we dat CLC's iets gelijkaardigs zouden kunnen doen in de longen van astmapatiënten", zei professor Lambrechts in een persmededeling van het VIB.

Een beschrijving van de verdachte kristallen zou weleens een doorbraak  kunnen betekenen, zo redeneerden de onderzoekers. Door gebruik te maken van kristallen uit patiënten konden de onderzoekers de 3D-structuur van de minuscule Gal10-kristallen op een atomaire schaal beschrijven.

"Dit is de eerste keer in de medische geschiedenis dat deze kristallen bestudeerd zijn met een atomische resolutie. Het is uitzonderlijk dat kristallen, die maar enkele micrometers (een duizendste van een millimeter) groot zijn, het hobbelige pad van het ziekenhuis tot de gespecialiseerde röntgenfaciliteiten van een Europese synchrotron hebben overleefd. Meer nog, ze leverden data die leidden tot een mooie 3D-structuur van de moleculen in de kristallen", zei professor Savvides.

Een synchrotron is een deeltjesversneller die een zogenoemde 'beamline' van straling produceert, in dit geval röntgenstraling.  De straling kan gebruikt worden voor verschillende vormen van onderzoek, onder meer röntgenfluorescentie, waarmee men kan vaststellen welke atomen en moleculen er in het onderzochte materiaal zitten.

Dankzij deze nieuwe inzichten ontdekten de onderzoekers dat Gal10 enkel een respons van het immuunsysteem uitlokt wanneer het in kristalvorm voorkomt. In opgeloste vorm is het eiwit onschadelijk.

Als kristal lokt het symptomen van astma uit, zoals de aanmaak van een dikke slijmlaag in de luchtwegen, wat een groot probleem is voor patiënten. 

Een korte video waarin te zien hoe de antilichamen de CLC's snel oplossen. (video: VIB)

Gewapend met hun nieuwe kennis wilden de wetenschappers uitzoeken of ze CLC's konden verhinderen hun ziekmakende werk te verrichten. Hier stapte argenx, een Gents biotech bedrijf, mee in het onderzoek. Samen ontwikkelden de teams antilichamen die specifiek reageren tegen CLC's.

Deze antilichamen losten de kristallen op in enkele minuten in een petrischaal in het labo, en binnen enkele uren in het verzamelde slijm van astmalijders, dus ook in het labo. Proefmuizen die deze antilichamen toegediend kregen, kenden een sterke terugval van astmasymptomen.

"Het was een ‘abracadabra moment’ in moleculaire magie. Ik heb 25 jaar lang besteed aan het opkweken van eiwitkristallen, en nu zag ik plots hoe ze oplosten. Meer nog: we konden het proces echt visualiseren en zien hoe de magie van de antilichamen werkt", zei professor Savvides in de mededeling.

"Onze resultaten waren onverwacht en kristalhelder tegelijkertijd", zei professor Lambrecht. "Ik was ontzettend verbaasd over hoe snel de antilichamen de kristallen konden oplossen. Hoewel meer tests nodig zijn, suggereren de data van de muismodellen dat deze antilichamen erg effectief kunnen zijn om de overmatige ontsteking en slijmophopingen in de longen van astmapatiënten tegen te gaan. Aangezien er momenteel nog geen medicatie is die dit aanpakt, zou dit wel eens een grote stap kunnen zijn in de behandeling van deze aandoening."

De studie van de onderzoekers van het VIB, de UGent, het Universitair Ziekenhuis Gent en het biotechbedrijf argenx is gepubliceerd in het gezaghebbende tijdschrift Science.

Een doorbraak in een onderzoek betekent niet hetzelfde als een doorbraak in de geneeskunde. De verwezenlijkingen van VIB-onderzoekers kunnen de basis vormen voor nieuwe therapieën, maar het traject om die te ontwikkelen, kan nog jaren in beslag nemen.

Dit kan veel vragen oproepen en daarom stelt het VIB een e-mailadres ter beschikking, waar iedereen met vragen over dit en ander medisch gericht onderzoek terechtkan: patienteninfo@vib.be. 

Bekijk het verslag over de publicatie uit "Het Journaal" hier: