Biobeschikbaarheid: waarom een pil slikken niet hetzelfde is als een pil laten werken
Stel je bestelt een pakket bij een webwinkel. Het pakket wordt verstuurd, maar onderweg raakt een deel beschadigd, blijft een deel hangen bij een tussenstation en komt uiteindelijk maar een fractie van de oorspronkelijke inhoud daadwerkelijk bij je voordeur aan. Zo werkt het ook met veel stoffen die we innemen, of het nu medicijnen, vitamines of voedingsstoffen zijn. Biobeschikbaarheid is de maat voor hoeveel van een stof die je inneemt, uiteindelijk daadwerkelijk actief wordt in je lichaam en zijn werk kan doen.
Het klinkt misschien technisch, maar het raakt aan iets heel praktisch: waarom werkt de ene pil beter dan de andere, ook al bevatten ze evenveel werkzame stof? Waarom is een injectie vaak effectiever dan een tablet? En waarom besteden onderzoekers en bedrijven wereldwijd enorme moeite aan het "verpakken" van medicijnen en voedingsstoffen op nieuwe, slimme manieren? Het antwoord ligt bijna altijd bij biobeschikbaarheid, en de technologie om die te verbeteren ontwikkelt zich in hoog tempo.
Wat is het precies?
Biobeschikbaarheid is het percentage van een ingenomen stof dat ongeschonden en actief in de bloedbaan terechtkomt, waar het zijn beoogde effect kan uitoefenen. Bij een injectie rechtstreeks in de bloedbaan is dat percentage per definitie honderd procent: alles komt direct aan. Bij een tablet die je doorslikt, is dat percentage vaak veel lager, soms slechts enkele procenten.
Dat verschil ontstaat door een reeks obstakels die een stof moet doorstaan. Eerst moet de tablet in de maag uiteenvallen en de werkzame stof oplossen, wat lang niet altijd goed lukt als een stof slecht wateroplosbaar is. Vervolgens moet de stof door de darmwand heen worden opgenomen, wat een selectieve barrière is die niet alles doorlaat. Daarna passeert alles wat via de darm is opgenomen eerst de lever, voordat het de rest van het lichaam bereikt. Dit heet het "first-pass effect": de lever breekt in deze fase soms al een groot deel van de stof af, nog voordat die ooit een kans heeft gehad om te werken.
Onderzoekers meten biobeschikbaarheid meestal door bloedwaarden te volgen na inname en dat te vergelijken met een intraveneuze toediening van dezelfde stof. De uitkomst wordt uitgedrukt als percentage, de zogeheten absolute biobeschikbaarheid. Een lage waarde betekent niet per se dat een stof nutteloos is, maar wel dat een groot deel van de dosis "verloren gaat" onderweg, wat hogere doseringen, meer bijwerkingen of gewoon minder effect kan betekenen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het overkoepelende doel is simpel: zo veel mogelijk van de werkzame stof laten aankomen waar die nodig is, met zo min mogelijk verspilling en bijwerkingen. Voor medicijnontwikkelaars betekent een hogere biobeschikbaarheid dat een medicijn met een lagere dosis hetzelfde effect kan hebben, wat vaak ook minder bijwerkingen oplevert omdat er minder van de stof door het lichaam hoeft te circuleren.
Er is ook een economisch en praktisch belang. Veelbelovende moleculen die in het laboratorium goed werken, sneuvelen in de ontwikkeling regelmatig omdat ze in het lichaam nauwelijks worden opgenomen. Slimme formuleringstechnieken kunnen zulke moleculen alsnog bruikbaar maken, wat de ontwikkeling van nieuwe behandelingen versnelt en goedkoper maakt. Buiten de geneeskunde speelt hetzelfde probleem bij voedingssupplementen en biofortificatie van voedsel: het heeft weinig zin om een gewas te verrijken met een voedingsstof als het lichaam die stof vervolgens nauwelijks kan opnemen.
Voorbeelden uit de praktijk
De afgelopen decennia zijn er verschillende technologieën ontwikkeld en toegepast om biobeschikbaarheid te verbeteren. Enkele bekende voorbeelden:
- Abraxane (2005) - dit kankermedicijn bevat het werkzame bestanddeel paclitaxel, gebonden aan nanodeeltjes van het eiwit albumine. Deze verpakking maakte het mogelijk om paclitaxel, dat normaal gesproken slecht oplosbaar is, effectiever bij tumoren te krijgen en werd in 2005 goedgekeurd door de Amerikaanse geneesmiddelenautoriteit FDA.
- Lipide-nanodeeltjes in mRNA-vaccins (2020) - de coronavaccins van Pfizer-BioNTech en Moderna gebruikten piepkleine vetbolletjes, lipide-nanodeeltjes genoemd, om het kwetsbare mRNA te beschermen tegen afbraak en het daadwerkelijk in de cellen te krijgen. Zonder deze verpakking zou het mRNA vrijwel direct door het lichaam worden afgebroken voordat het ergens iets kon doen.
- Spritam (2015) - het anti-epilepticum levetiracetam werd door het Amerikaanse bedrijf Aprecia Pharmaceuticals opnieuw ontwikkeld met 3D-printtechnologie (ZipDose). De poreuze structuur van de geprinte tablet lost extreem snel op in de mond, wat zorgt voor een snelle en betrouwbare opname. Het was de eerste door de FDA goedgekeurde 3D-geprinte tablet.
- Golden Rice - deze genetisch aangepaste rijst produceert bèta-caroteen (provitamine A) in de rijstkorrel, iets wat gewone rijst niet doet. Het International Rice Research Institute (IRRI) werkte jarenlang mee aan de ontwikkeling en testen ervan; de Filipijnen keurden in 2021 als eerste land de commerciële teelt goed, mede om vitamine A-tekorten te bestrijden.
- Curcumine-formuleringen - de stof curcumine uit kurkuma staat bekend om gezondheidsclaims, maar heeft van nature een zeer lage biobeschikbaarheid doordat het slecht oplost in water en snel wordt afgebroken in de lever. Fabrikanten combineren curcumine daarom vaak met piperine (uit zwarte peper) of verpakken het in nanodeeltjes om de opname te verhogen.
Hoe ver is de techniek?
Formuleringstechnologie om biobeschikbaarheid te verbeteren is geen nieuw onderzoeksveld, maar het is de afgelopen twintig jaar sterk versneld door vooruitgang in nanotechnologie en materiaalkunde. Nanodeeltjes-gebaseerde medicijnen zoals Abraxane zijn inmiddels standaardbehandelingen. Lipide-nanodeeltjes bewezen tijdens de coronapandemie op grote schaal hun waarde en worden nu ook onderzocht voor andere toepassingen, zoals mRNA-behandelingen tegen kanker en zeldzame genetische aandoeningen.
3D-printen van medicijnen staat nog relatief vroeg in de ontwikkeling: Spritam blijft tot nu toe vooral een op zichzelf staand voorbeeld, en opschaling naar grootschalige productie van geprinte tabletten blijkt in de praktijk lastiger dan gedacht. Bij biofortificatie van gewassen, zoals Golden Rice, ligt de wetenschappelijke basis er al langer, maar de weg naar daadwerkelijke teelt en acceptatie door boeren en consumenten verliep traag door regelgeving, publieke discussie en praktische uitdagingen in de landbouw.
Een belangrijk obstakel blijft dat verbeterde biobeschikbaarheid niet automatisch resulteert in klinisch bewezen extra effectiviteit. Meer opname in het bloed betekent niet altijd een beter gezondheidsresultaat, en veel commerciële supplementen die "verbeterde biobeschikbaarheid" claimen, zijn onvoldoende onderzocht in goed opgezette studies. Voor medicijnen gelden strengere eisen: fabrikanten moeten via klinische studies aantonen dat een nieuwe formulering ook echt een klinisch voordeel oplevert, niet alleen een hogere bloedspiegel.
Wie werken eraan?
Op medicijngebied zijn grote farmaceutische bedrijven zoals Pfizer, Moderna, Bristol Myers Squibb (dat Abraxane op de markt bracht) en gespecialiseerde formuleringsbedrijven zoals Evonik en Lonza actief betrokken bij het ontwikkelen van nanodeeltjes- en lipidetechnologie. Aprecia Pharmaceuticals is toonaangevend op het gebied van 3D-geprinte medicatie. Regelgevende instanties zoals de Amerikaanse FDA en de Europese EMA beoordelen en bewaken de veiligheid en effectiviteit van dit soort nieuwe formuleringen.
Op het gebied van voeding en landbouw speelt het International Rice Research Institute (IRRI) in de Filipijnen een centrale rol bij biofortificatie van gewassen, vaak in samenwerking met nationale landbouwinstituten en non-profitorganisaties. Universitair onderzoek naar biobeschikbaarheid van voedingsstoffen en medicijnen gebeurt wereldwijd, onder meer bij instellingen als Wageningen University \& Research in Nederland, die zich specifiek richt op voeding en gezondheid.