Radboud Universiteit Nijmegen
Chemie van de cel bestuderen in minuscule druppels
Datum bericht: 24 maart 2011
Hoe werkt de chemie in een cel? Dat is de vraag waarmee Wilhelm Huck,
hoogleraar Fysisch organische chemie aan de Radboud Universiteit
Nijmegen, zich de komende jaren bezighoudt. Klinkt oersimpel, maar
Hucks methode is ingenieus: hij gaat cellen inpakken in picoliter
druppels, die fungeren als kolf. Klinkt ook superfundamenteel, en dat
is het, maar prachtige toepassingen in geneeskunde liggen in het
verschiet. Chemische biologie heeft sowieso de toekomst, denkt Huck -
bijvoorbeeld om chemie zelf 'groener' te maken. Wilhelm Huck houdt
vrijdag 25 maart zijn oratie aan de Radboud Universiteit.
In een cel vinden talloze reacties plaats. De kennis die de wetenschap
daarvan heeft, is vooral opgedaan door celbiologen, door bestudering
van afzonderlijke processen. Maar de chemie in een cel, waar het een
grote chaos van reacties en interacties is, daarvan weten we minder dan
ons lief is, legt Wilhelm Huck uit. 'Liefst zou je die chemie ook ín de
cel willen bestuderen, maar dat gaat niet, want dan gaat die dood.
Bovendien is één cel, geen cel: elke cel in een organisme, ook die zijn
opgebouwd uit dezelfde bouwstenen en dus "dezelfde cellen" zijn,
reageert toch weer anders.'
Duizenden kolfjes tegelijk
Dus zocht Huck naar een goed model en vond dat in een druppel. Om
precies te zijn: in picoliter druppels water. Een picoliter druppel
heeft een tiende van de dikte van een haar en ongeveer het volume van
een cel. Zulke druppels kun je maken; daarvan kun je er tienduizenden
per seconde maken zelfs, allemaal even groot, op een chip. 'En in zo'n
druppel breng je dan alle bouwstenen die ook in een cel aanwezig zijn;
of je stopt een hele cel in een druppel, dat kan ook. Zo heb je
tienduizenden reactorvaatjes die lijken op een cel: is normaal
gesproken het celmembraan de begrenzing, nu is dat het
olie-watergrensvlak.'
De techniek om een cel of celinhoud in series van tienduizenden
picoliter druppels te krijgen is niet enorm ingewikkeld - als je
eenmaal weet hoe het moet. Huck was in Cambridge, waar hij tot januari
2010 werkte, wel een van de eersten ter wereld die de techniek heeft
ontwikkeld om cellen in druppels te simuleren of the bestuderen. En het
is, in al zijn simpelheid, een innovatie van formaat: 'Dit is voor
chemici echt een nieuwe manier van werken: meestal kijken we naar één
kolfje met een te bestuderen stof in een paar milliliteroplossing; nu
kunnen we in diezelfde milliliters miljarden `druppelkolfjes' tegelijk
bekijken.'
Vind de vijf tumorcellen
Omdat op deze manier zulke grote aantallen druppels met cellen of
celinhouden bestudeerd kunnen worden, is het niet erg dat cellen kunnen
variëren: de steekproef is groot genoeg om conclusies aan te verbinden.
Tegelijkertijd zijn de cellen die afwijken duidelijk te zien en nader
te bestuderen. En dat maakt, op termijn, de techniek interessant voor
toepassingen in de geneeskunde. 'Bij kanker bijvoorbeeld kunnen vijf
tumorcellen op vijf miljard gezonde cellen in een paar milliliter bloed
al tot uitzaaiingen leiden. Maar vind die vijf tumorcellen maar eens.
Als je met onze techniek een paar milliliter bloed opsplitst in
miljarden picoliter druppels-met-celinhoud kun je in de toekomst die
miljarden allemaal doormeten en vínd je die vijf cellen waarvan je heel
precies wilt weten: wat gebeurt daar?'
Ook voor (auto)immuunziekten, waarbij het eveneens speuren is naar
afwijkende cellen, kan de techniek werken. 'Als je weet welke cellen
betrokken zijn bij een ziekte en wat daarin precies gebeurt, kun je, is
het idee, werken aan heel gerichte therapie. Omdat je dan precies weet
op welke details je moet aangrijpen.'
Gedetailleerde geneeskunde en groenere chemie
Hucks onderzoek is veelbelovend. Een indicatie daarvan zijn onder meer
de prijzen en subsidies die hij ervoor heeft ontvangen, zoals de
Friedrich Wilhelm Bessel Research Award van de Von Humboldt-Stiftung
(2009): een ERC advanced grant (2010; 2,15 miljoen) en een NWO
VICI-subsidie (2011; 1,5 miljoen).
In Nijmegen sluit zijn onderzoek aan bij dat van collega's die net als
Huck toekomst zien in 'chemische biologie'. Celbiologen uit het UMC St
Radboud en het Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences werken samen
met chemici en andere materiaalkundigen uit het Institute for Molecules
and Materials in projecten als die van Huck, die op termijn tot
toepassingen kunnen leiden in personalized medicine en regenerative
medicine, waarbij het 'aangrijpen op details' zo belangrijk is.
Een ander veelbelovend Nijmeegs 'chemische biologie'-project is de
ontwikkeling van bionische cellen. 'Als je biologisch en chemisch de
cel goed begrijpt, kun je wellicht synthetische componenten toevoegen
waarmee je de werking van de cel verbetert. Daarbij denken wij met name
in de richting van betere manieren om energie om te zetten in andere
energie: als je grondstoffen, groen of anderszins, met minder verlies
van energie kunt verwerken naar een eindproduct, ben je bezig met
groenere chemie. We staan aan het begin, maar aan zo'n ontwikkeling
willen wij graag meewerken.'
Wilhelm Huck (1970) is sinds 1 januari 2010 hoogleraar Fysisch
Organische Chemie aan de Radboud Universiteit Nijmegen. Hij studeerde
chemie in Leiden en promoveerde bij prof. David Reinhoudt bij het
MESA+ instituut aan de Universiteit Twente. Na een postdoc aan de
Harvard University (US) ging hij werken bij de Faculteit Chemie van de
Universiteit van Cambridge waar hij in 2004 directeur werd van het
Melville Laboratory for Polymer Synthesis en in 2007 hoogleraar
Macromolecular Chemistry.