Al vrij snel nadat de Corona-pandemie de wereld overspoelde, startte de TU/e met het Covid Engineering Fund. De bijdragen van donateurs komen ten goede aan verschillende, baanbrekende vormen van onderzoek.
Eén van die - veelbelovende - onderzoeken is die waarbij wetenschappers virussen en antilichamen gaan opsporen met behulp van licht. Dat onderzoek kan op de TU/e plaatsvinden omdat deze universiteit veel verschillende disciplines, zoals natuurkunde, chemie en biologie op één campus heeft.
We spraken met een aantal mensen achter deze onderzoeken:
Professor Andrea Fiore. Hij werkt binnen de faculteit Applied Physics van de TU/e. Hij is daarnaast ook Scientific Director van het TU/e Institute for Photonic Integration. Zijn belangrijkste expertise zijn nanophotonics en quantum photonics.
Professor Maarten Merkx. Hij werkt bij de faculteit Biomedical Engineering. Hij is decaan van de faculteit en leidt de researchgroep Protein Engineering, die opereert op het snijvlak van chemische en synthetische biologie.
Peter Zijlstra, Associate Professor in Molecular Plasmonics bij de faculteit Applied Physics. Hij ontwikkelt methoden om individuele moleculen te detecteren en bestuderen met behulp van licht microscopie.
Jullie vertegenwoordigen meerdere disciplines binnen de wetenschap. Hoe bijzonder is het dat jullie op dit gebied samenwerken?
Maarten: “Andrea en Peter zijn specialisten in de fotonica, die elementen uit de natuurkunde en de techniek samenbrengt, en ik houd me bezig met de biochemie. Het is inderdaad geen standaard samenwerking. Op veel universiteiten vind je deze disciplines niet dicht bij elkaar. Maar bij de TU/e werken we al langer samen. Dat is vooral te danken aan onze instituten, die we hier een aantal jaren geleden hebben opgezet: ICMS, het Institute for Complex Molecular Studies, en IPI, het Institute for Photonic Integration. Daarin hebben we elkaar gevonden. We wisselen kennis uit en onderwijzen ‘elkaars’ studenten. Dat levert ons allemaal veel nieuwe inzichten en invalshoeken op”.
Waar werken jullie nu aan?
Andrea: “Aan snelle en goedkope methoden om virussen en antilichamen te detecteren met behulp van licht. En dat doen we op twee manieren. De eerste maakt gebruik van lichtgevende eiwitten en de tweede ontwikkelt nieuwe fotonische chips.
Hoe werkt de eerste methode?
Maarten: “We ontwikkelen lichtgevende sensoreiwitten die van kleur veranderen als ze een virus of een antilichaam binden. Deze sensoreiwitten bevatten een enzym dat vuurvliegjes ook gebruiken om licht te produceren, maar in ons geval komt dit enzym uit een diepzeegarnaal. De kleur van het licht verandert dan van groen naar blauw, wat we kunnen meten met een standaard digitale camera van bijvoorbeeld een mobiele telefoon. Bij deze methode zit de magie in de (bio)chemie.”
En de tweede methode?
Andrea: “Hierin plaatsen we een laag met “capture-moleculen” op een sensor oppervlak. Deze moleculen vangen bijvoorbeeld de antilichamen die we willen detecteren uit een druppel vloeistof, en houden ze vast. Vanaf een afstand meten we dit proces door het oppervlak te belichten. Dergelijke fotonische sensoren kunnen nauwkeurig veranderingen in licht meten, ook als dat licht voor het menselijk oog niet zichtbaar is. Ze meten minuscule veranderingen in kleur en intensiteit van het licht dat reflecteert van de sensor. Uit de waarden die we terugkrijgen, kunnen we dan aflezen of er in de vloeistof antilichamen zitten. “
Waarom is de prijs van die techniek zo belangrijk?
Maarten: “Zeker als er een pandemie uitbreekt, wil je snel en veel kunnen testen. Als je apparatuur te duur is, lukt dat niet. Daarom willen we het bereikbaar maken voor heel veel mensen. Het liefst zien we onze techniek straks bij elke huisarts staan. Eén apparaat met een selectie aan relevante test-strips voor verschillende soorten virussen en antilichamen. En misschien zelfs wel bij consumenten of patiënten thuis. Niet alleen voor Corona of de volgende pandemie, maar ook voor het snel aantonen (of uitsluiten) van andere ziekten. “
Dat brengt ons bij de volgende vraag: jullie waren er al mee bezig en jullie focussen nu op deze pandemie. Maar hoe ziet jullie wereld eruit na Corona?
Peter: “Als we deze technieken verder ontwikkelen, kunnen we over een paar jaar veel sneller, makkelijker en gerichter testen.
Het gebruik is trouwens niet beperkt tot Corona, maar kan ook van meerwaarde zijn voor andere medische condities.
Maarten: Nu krijgt iedereen bijvoorbeeld dezelfde hoeveelheid medicatie bij een bepaald ziektebeeld. Maar bij de één werkt een pil bij wijze van spreken een dag en bij de ander neemt het effect al na een paar uur af. Met onze testmethode kan medicatie afgestemd worden op de persoon. En we besparen er misschien wel heel veel geld mee als mensen met minder medicijnen toekunnen. “
Tot slot: waar vinden jullie de juiste eiwitten voor de tests?
Peter: “Een groot deel halen we ‘gewoon’ uit de natuur. En we passen ze aan waar nodig. Je vindt ze bijvoorbeeld in vuurvliegjes. Leuk feitje: we gebruiken voor één van de test eiwitten van garnalen die leven op een diepte van 5 kilometer. Als zij bedreigd worden, geven ze een heel felle, blauwe flits af. Dat vinden we een mooi idee: dat we een biologisch fenomeen uit een voor ons onbekende wereld straks kunnen inzetten voor zo’n mooi doel. “