Organisatie - 10 januari 2008

Meeliften op de nanohype

Al sinds de jaren zeventig doet prof. Willem Norde fundamenteel onderzoek in de schemerzone tussen de fysische chemie en de biologie. Nu nanotechnologie is uitgegroeid tot een hype geven geldschieters hem voor dat onderzoek eindelijk erkenning en, belangrijker, ondersteuning. Norde vertelt over gegoochel met antilichamen, nanoborstels en synthetische cellen.

107_achtergrond0.jpg
Het bewijs dat zijn concept werkt staat in een laboratorium in het Universitair Medisch Centrum Groningen. Het is een materiaal dat prof. Willem Norde, als hoogleraar verbonden aan de leerstoelgroep Fysische chemie en kolloïdkunde (Fysko), en zijn collega’s van een bedrijf hebben gekregen. Nordes onderzoekers testen het uit in lichaamsvloeistoffen als bloed, speeksel en urine.
‘Eiwitten en bacteriën krijgen er geen grip op’, zegt Norde in zijn werkkamer op de Wageningse Dreijen. ‘Wat voor materiaal het is weten we niet. Dat is geheim. Maar we denken dat het gaat om een nanoborstel.’
Norde werkt al sinds de jaren negentig van de vorige eeuw aan nanoborstels. Het was een logisch vervolg op Nordes werk in de jaren zeventig, toen hij zijn promotieonderzoek bij Fysko begon. Hij bestudeerde eiwitten die in vloeistoffen als min of meer compacte bolletjes of kluwens rondzweven, maar zich op oppervlakken afzetten en dan een platte vorm aannemen.
‘In die periode deed onze groep veel onderzoek naar de afzetting van niet-biologische, synthetische stoffen aan oppervlakken’, zegt Norde. ‘De insteek daarvan was vooral fysisch-chemisch, maar ik was ook in de biologische kant geïnteresseerd. Dat week af van de gangbare onderzoekslijn.’
Eiwitten in het lichaam hebben een functie. Ze transformeren bijvoorbeeld moleculen. ‘Nemen die eiwitten een platte vorm aan, dan verandert hun functie’, zegt Norde. ‘Dikwijls kunnen ze geen moleculen meer veranderen. Ze worden bovendien ineens door immuuncellen herkend als lichaamsvreemde entiteiten die uit de weg moeten worden geruimd.’

Implantaten
Dat gebeurt bijvoorbeeld als artsen medische technologie in het menselijk lichaam brengen. Katheters, implantaten en synthetische bloedvaten vormen oppervlakken waar lichaamseigen eiwitten zich aan vastmaken. De eiwitten veranderen van vorm en binnen de kortste keren is het oppervlak van de katheter, het implantaat of het bloedvat veranderd in een koek van eiwitten en dode en levende cellen, die op de veranderde eiwitten zijn gedoken. Fouling, noemen onderzoekers en artsen het verschijnsel. Vaak leidt het er toe dat het stukje medische technologie niet meer naar behoren functioneert, en er infecties ontstaan.
In de jaren tachtig begon Norde te merken dat makers van biomedische materialen zijn onderzoek met belangstelling volgden. Hij kreeg verzoekjes voor overdrukken van zijn artikelen en uitnodigingen om lezingen te geven.
In de jaren negentig vonden Norde en zijn collega’s een oplossing voor het probleem van de aangekoekte hartkleppen, implantaten en katheters. Eigenlijk was die oplossing afgekeken van de natuur, vertelt Norde. ‘In bloed zitten eiwitten en cellen, maar die zetten zich niet af op het gezonde epitheel van de vaten. Dat komt omdat op dat weefseloppervlak ragfijne draden zitten die zijn gemaakt van suikerketens en zich uitstrekken in de waterige omgeving. Die draden voorkomen dat eiwitten en cellen zich afzetten op het epitheel. Die structuren hebben we kunnen namaken.’
Norde maakte de draden van een samengesteld polymeer. Hij zette de draden dicht op elkaar, en vormde zo een soort borstel, waarvan de haren enkele tientallen nanometers in de waterige omgeving uitsteken. De borstelharen houden eiwitten en cellen weg van het oppervlak zodat ze er niet aan kunnen hechten.
Een praktisch probleem is dat de borstels niet stabiel zijn. De synthetische haren worden langzaam afgebroken en, erger nog, de hechting van de borstelharen aan het oppervlak laat vaak los. Het materiaal in het Groningse lab wijst er echter op dat in ieder geval één bedrijf een nanoborstel kan maken die wel robuust is.
De technologie is niet alleen interessant voor makers van biomedische materialen, zegt Norde.
‘In de voedingsindustrie zou je hiermee installaties kunnen beschermen tegen fouling. De zuivelindustrie heeft er veel last van. In melk zitten nu eenmaal veel eiwitten. Een andere mogelijke toepassing is de binnenkant van de doosjes waarin mensen ’s avonds hun contactlenzen opbergen. In lenzendoosjes kunnen bacteriën uitgroeien tot gevaarlijke populaties die via de lenzen ooginfecties kunnen veroorzaken.’

Booming nano
Bedrijven en overheden krijgen steeds meer waardering voor moleculaire goochelaars als Norde. Ze hebben begrepen dat er muziek zit in zulke creaties, heeft de hoogleraar gemerkt.
‘Nanotechnologie en vooral bionanotechnologie is helemaal in de mode’, zegt Norde. ‘Het onderzoek is booming. Wereldwijd geven overheden en bedrijfsleven miljarden euro’s uit aan nano-onderzoek.’ De precieze cijfers zijn niet bekend, vooral omdat bedrijven niet scheutig zijn met informatie over hun investeringen, maar trendwatchers zijn het erover eens dat de geldkraan wijdopen staat. Het gevolg is dat onderzoekslijnen in de kolloïd- en grensvlakkunde ineens het etiket ‘nanotechnologie’ opgeplakt krijgen. Nanotechnologie is een hype. Niet dat Norde het erg vindt. Integendeel.
‘Er is niks mis met trendy namen en een beetje hype’, zegt Norde. ‘Niet zolang dat geld oplevert voor onderwijs en onderzoek. Ik moet wel bekennen dat ik beducht ben voor de verwachtingen die de nanohype oproept. Het zal me niet verbazen als mensen over een paar jaar gaan klagen dat de nanotechnologie de verwachtingen niet heeft waargemaakt. Ik ben in mijn publicaties daarom terughoudend als het gaat om de implicaties van nanotechnologie.’
Toch gelooft Norde wel degelijk dat nanotechnologie de samenleving zal veranderen. ‘Misschien niet de komende vijf jaar’, zegt hij, ‘maar dan wel de komende vijftig jaar.’

Killercellen
Norde, die overigens sinds 2000 ook hoogleraar in Groningen is, houdt zich niet uitsluitend bezig met nanodraden. In de jaren negentig ontwikkelde hij, samen met het toen nog Nederlandse Organon Teknika, gevoeliger diagnostische tests. Samen met zijn aio’s ontwierp hij een slimmere manier om antilichamen, die in urine of bloed ziekteverwekkende stoffen of hormonen ontdekken, op een oppervlak te plakken.
Een nieuw onderzoeksterrein is dat van de scaffolds: van nanomaterialen gemaakte structuren waarmee artsen organen en zenuwbanen kunnen repareren. Cellen van de te repareren weefsels hechten aan het materiaal, en dat materiaal geeft op zijn beurt stoffen af die de groei van de cellen stimuleren.
Een andere onderzoekslijn die Norde met zijn Wageningse collega’s heeft opgezet is de ontwikkeling van synthetische killercellen. ‘Eigenlijk zijn het bolvormige moleculaire structuren die een bacteriedodende of een kankerceldodende stof bevatten’, legt Norde uit. ‘Het zijn micellen, die we bouwen van polymeren. De micellen ontstaan spontaan, als we de juiste polymeren met elkaar mengen.’
Die polymeren zijn sliertige moleculen, met een polaire en een apolaire kant. In een waterige oplossing duwen de watermoleculen de apolaire delen van de polymeren weg, die daardoor aan elkaar klitten. Dezelfde watermoleculen zuigen echter de polaire uiteinden naar buiten, zodat die het apolaire hart omgeven met een polaire krans. Er ontstaat een celvormige structuur van enkele tientallen nanometers, waarin de dodende substantie kan worden opgesloten. Norde noemt ze complex coacervaat core micel, of kortweg C3M.
‘We willen de micellen uitrusten met moleculen die kankercellen herkennen’, zegt hij. ‘De micellen kunnen dan in het lichaam zieke cellen opzoeken en ze doden, zonder dat gezonde cellen bloot worden gesteld aan toxische stoffen.’
Prozaïscher toepassingen van C3M’s en hun opvolgers voorziet Norde in de voedingsindustrie, die ze zou kunnen gebruiken om kwetsbare gezondheidsbevorderende stoffen door de zure maag te loodsen naar de darmen, waar het lichaam ze intact kan opnemen.
Perspectieven te over. Geïnteresseerde overheden en bedrijven. Financiering en erkenning. Wat wil Willem Norde nog meer? ‘Goede afstudeerstudenten en aio’s’, antwoordt de hoogleraar. ‘Die kunnen we moeilijk vinden. We vragen natuurlijk heel wat: mensen die fysisch-chemisch zijn onderlegd, de aansluiting met de biologie kunnen vinden en ook nog eens oog hebben voor toepassingen. Daar komt nog bij dat de animo voor bètastudies heel lang slecht is geweest. Scholieren kiezen liever voor een studie in de economie of rechten dan voor fysica of chemie. Ze hebben het idee dat ze met economie of rechten in een dynamische omgeving terechtkomen. Werken in een lab, denken ze, is zwaar en vooral eenzaam werk. Dat is niet waar, natuurlijk. Wetenschappelijk onderzoek is spannend, en het is teamwork. Hopelijk dringt dat besef nu langzaam door. Voor de eerste keer in een hele lange tijd zitten de aanmeldingen voor bètastudies weer in de lift.’

Re:ageer