Albumine: het onmisbare bloedeiwit dat nu ook in het lab wordt gemaakt
Albumine is het meest voorkomende eiwit in ons bloed. Het wordt aangemaakt door de lever en vervult daar een simpele maar cruciale taak: het houdt vocht in de bloedbaan vast en vervoert allerlei stoffen door het lichaam, van vetzuren en hormonen tot medicijnen. Zonder albumine zou vocht te makkelijk uit je bloedvaten weglekken naar het omliggende weefsel, met gevaarlijke vochtophopingen (oedeem) tot gevolg.
Je kunt albumine vergelijken met een vloot kleine vrachtwagens én met de lading zelf die het water in de rivier op peil houdt. Het eiwit 'bindt' water aan zich (de zogeheten osmotische werking) en fungeert tegelijk als transportmiddel voor stoffen die zelf niet goed oplossen in bloed. Dat het begrip nu opduikt in verhalen over toekomsttechnologie komt niet doordat albumine zelf nieuw is, maar doordat wetenschappers en bedrijven steeds beter worden in het namaken ervan buiten het lichaam om — voor gebruik in medicijnen, vaccins en zelfs kweekvlees.
Wat is het precies?
Albumine, voluit vaak humaan serumalbumine genoemd, is een eiwit van ongeveer 585 aminozuren dat in de lever wordt geproduceerd en vervolgens de bloedbaan in gaat. Het maakt ruwweg de helft van alle eiwitten in bloedplasma uit (het vloeibare deel van bloed zonder de rode en witte bloedcellen).
Traditioneel wordt albumine voor medische toepassingen gewonnen uit gedoneerd bloedplasma. Dat plasma wordt gefractioneerd: een proces waarbij de verschillende eiwitten er stap voor stap worden uitgezuiverd. Dat werkt, maar heeft nadelen. Plasma is schaars, de verwerking is kostbaar, en hoewel donorbloed tegenwoordig grondig wordt gescreend, blijft er in theorie een risico op overdracht van ziekteverwekkers.
Daarom is er al decennia onderzoek naar recombinant albumine: albumine die niet uit bloed komt, maar door micro-organismen wordt gemaakt. Onderzoekers plaatsen het menselijke gen dat de bouwtekening voor albumine bevat in gist- of plantencellen. Die cellen worden vervolgens in grote fermentatietanks gekweekt, waarbij ze het eiwit als bijproduct van hun stofwisseling uitscheiden. Het resultaat wordt gezuiverd tot een product dat molecuul voor molecuul identiek is aan albumine uit bloed, maar zonder dat er ooit een donor aan te pas is gekomen.
Een heel andere toepassing ligt in de nanotechnologie: albumine kan worden gebruikt als een soort verpakkingsmateriaal voor medicijnen. Omdat het lichaam albumine van nature niet als lichaamsvreemd beschouwt en het bovendien makkelijk wordt opgenomen door snel delende cellen zoals tumorcellen, kan een medicijn dat aan albumine-nanodeeltjes is gekoppeld gerichter zijn plek bereiken dan het los toegediende medicijn.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel van recombinant albumine is onafhankelijkheid van donorbloed. Voor medische toepassingen — bijvoorbeeld als vulmiddel bij ernstig bloedverlies, brandwonden of leverfalen — is een stabiele, schaalbare productiemethode aantrekkelijk. Fermentatie in tanks is in principe op te schalen zonder dat er meer bloeddonoren nodig zijn.
In de vaccin- en celkweekindustrie speelt een ander motief: albumine wordt vaak toegevoegd aan kweekmedia (de voedingsvloeistof waarin cellen groeien) om cellen te beschermen en stabiel te houden. Voor dat soort industriële toepassingen is bloedplasma als bron eigenlijk te kostbaar en te variabel van kwaliteit; een reproduceerbaar, dierlijk-vrij alternatief is dan praktischer.
Bij kweekvlees (vlees dat rechtstreeks uit dierlijke cellen wordt gekweekt in plaats van uit een geslacht dier) speelt een vergelijkbaar probleem. De cellen die tot spierweefsel moeten uitgroeien, hebben van oudsher foetaal kalfsserum (FBS) nodig: een bloedproduct dat wordt gewonnen bij ongeboren kalveren tijdens de slacht van drachtige koeien. Dat is ethisch omstreden, duur en moeilijk op te schalen. Albumine — samen met andere eiwitten en groeifactoren — is een van de bestanddelen die onderzoekers proberen te vervangen door goedkopere, dierlijk-vrije, in het lab gemaakte varianten, zodat kweekvlees ooit op grote schaal betaalbaar geproduceerd kan worden.
Voorbeelden uit de praktijk
Recombinant albumine als geneesmiddelbestanddeel. Al sinds de jaren negentig bestaan er commerciële recombinant-albumineproducten, gemaakt met gist (Saccharomyces cerevisiae) als productiesysteem. Deze worden onder meer gebruikt als stabilisator in vaccins en als bestanddeel van celkweekmedia voor de productie van biologische geneesmiddelen.
Plantaardige productie. Naast gist is ook onderzoek gedaan naar het produceren van humaan albumine in rijstplanten, waarbij het menselijke gen in het rijstgenoom wordt ingebouwd zodat de korrels het eiwit aanmaken. Dit soort 'plant-made pharmaceuticals' laat zien dat er meerdere technische wegen zijn om hetzelfde doel te bereiken.
Abraxane, een albumine-nanodeeltjesmedicijn. Sinds de goedkeuring door de Amerikaanse geneesmiddelenautoriteit FDA in 2005 wordt het kankermedicijn paclitaxel in een aan albumine gebonden vorm (nab-paclitaxel, merknaam Abraxane) toegepast bij onder meer borstkanker en alvleesklierkanker. De albumine fungeert hier als drager die het medicijn beter oplosbaar maakt en de opname door tumorweefsel bevordert.
Kweekvlees en dierlijk-vrije kweekmedia. Sinds de eerste in het lab gekweekte hamburger, gepresenteerd in 2013 door onderzoeker Mark Post in Maastricht (het bedrijf dat daaruit voortkwam heet Mosa Meat), werken diverse bedrijven en universiteiten wereldwijd aan kweekmedia zonder foetaal kalfsserum. Recombinant albumine en groeifactoren zijn daarbij terugkerende bouwstenen, al is geen enkel bedrijf er tot nu toe in geslaagd dit tegen kosten te produceren die concurreren met gewoon vlees.
Hoe ver is de techniek?
Voor medische toepassingen is recombinant albumine geen toekomstmuziek meer: het wordt al jaren geproduceerd en gebruikt, met name als hulpstof in vaccins en celkweekmedia. De techniek is volwassen, al blijft bloedplasma wereldwijd nog steeds de belangrijkste bron voor albumine die direct als infuusvloeistof aan patiënten wordt toegediend, onder meer omdat dat proces al decennia gereguleerd en vertrouwd is.
Bij kweekvlees ligt dat anders. Het vervangen van foetaal kalfsserum door goedkope, dierlijk-vrije alternatieven — waaronder recombinant albumine — wordt door de sector zelf gezien als een van de grootste openstaande knelpunten. De huidige recombinante eiwitten zijn vaak nog te duur voor de hoeveelheden die nodig zijn om vlees op industriële schaal te kweken. Bedrijven werken aan goedkopere productieprocessen, maar een echte doorbraak in kostprijs moet nog plaatsvinden. Onafhankelijke experts, waaronder voedseltechnologen verbonden aan universiteiten, wijzen er bovendien op dat de opschaling van kweekvlees als geheel — niet alleen het kweekmedium — nog te maken heeft met technische en economische obstakels die niet op korte termijn zijn opgelost.
Voor de nanodeeltjestechnologie (zoals bij Abraxane) is het principe inmiddels goed ingeburgerd in de oncologie, en wordt onderzocht of vergelijkbare albumine-gebaseerde dragersystemen ook voor andere medicijnen dan chemotherapie bruikbaar zijn. Dat onderzoek bevindt zich overwegend nog in preklinische en vroege klinische fasen.
Wie werken eraan?
Op het gebied van recombinant humaan albumine voor medische en farmaceutische toepassingen is Albumedix (onderdeel van het Duitse laboratoriumtechnologiebedrijf Sartorius) een van de bekendere namen, met een gist-gebaseerd productieplatform dat wereldwijd aan vaccin- en farmaceutische bedrijven wordt geleverd. Ook zijn er Aziatische en Amerikaanse spelers actief in dezelfde markt, al is het aantal grote producenten beperkt.
In de kweekvleessector werken gespecialiseerde biotechbedrijven aan betaalbare, dierlijk-vrije eiwitten en groeifactoren voor kweekmedia; dit is een relatief jonge markt met veel kleinere, durfkapitaal-gefinancierde start-ups naast enkele grotere voedingsmiddelenconcerns die meefinancieren. Onderzoeksgroepen aan universiteiten in onder meer Nederland (Maastricht, Wageningen) en de Verenigde Staten dragen bij aan fundamenteel onderzoek naar celkweek en kweekmedia. Non-profitorganisaties zoals het Good Food Institute volgen en stimuleren de sector, onder meer door onderzoek te financieren naar goedkopere alternatieven voor dierlijke serumbestanddelen.
Op het gebied van bloedplasmaproducten, waaronder klassieke albumine-infusen, zijn grote plasma-fractioneringsbedrijven actief die wereldwijd bloedplasma inzamelen en verwerken; deze industrie blijft vooralsnog het leeuwendeel van de medische albumineproductie voor zijn rekening nemen.