Om het influenza-virus met succes te detecteren, ook in kleine concentraties, wil je het liefst weten op welke manier het virus gezonde cellen ‘aanvalt’. Promovendus Mark Verheijden van de Universiteit Twente slaagt erin, deze interactie te meten door het celoppervlak op een sensor na te bootsen, met alle dynamiek van dien. Deze kunstmatige biologische laag is bijvoorbeeld ook toe te passen als coating van implantaten.
De aanwezigheid van een virus detecteren is één, maar wat weten we daarmee over de wisselwerking met gezonde cellen? Als we zo’n meting preventief willen gebruiken, is het belangrijk om die interactie goed te snappen. En: hoe verschilt de reactie op het virus bij mens en dier? Klassieke metingen schieten dan tekort, omdat ze losstaan van de dynamische interactie die bepalend is voor het effect van het virus. Het liefst zou je een virus ‘opvangen’ op een oppervlak dat lijkt op de wand van een gezonde cel. Verheijden is erin geslaagd, dit oppervlak na te bootsen.
INFLUENZA A
Het bio-geïnspireerde celoppervlak bestaat uit een dubbellaag van lipiden: zeepmoleculen waarvan de samenstelling is te variëren van boter- tot olieachtig. Deze basis heeft Verheijden onder meer gebruikt om het effect van influenza A te onderzoeken. Dit virus heeft verschillende verschijningsvormen voor bijvoorbeeld vogels of mensen. Dat maakt ook het verschil in de interactie; als het virus muteert, kan het overspringen van vogel naar mens. Het virus herkent dan specifieke suikerstructuren aan het celoppervlak. Die suikers heeft Verheijden toegevoegd aan de dubbellaag. Als model voor het virus laat Verheijden er hemagglutinine (HA) op los, het oppervlakte-eiwit waarmee een virus zich bindt. Dit stelt hem in staat om de interactie in kaart te brengen: hoewel veel bekend is over virussen, zijn de bindingen met cellen en hun dynamische membraan nog steeds niet goed bekend.
De dubbellaag van lipiden vormt de basis om er andere moleculen aan te hechten en de interactie met virussen te meten (in blauw het modelvirus).
Blaasjes
De bio-geïnspireerde laag heeft nog meer toepassingen. Implantaten, voorzien van zo’n laag, zijn beter biocompatibel en laten minder afstotingsverschijnselen zien. Maar het is ook mogelijk om juist een laag te maken waaraan biomoleculen moeilijk hechten, bijvoorbeeld bij een katheter waarop we ons geen vervuiling kunnen permitteren. Behalve virussen kan de dubbellaag bijvoorbeeld ook vesicles detecteren: blaasjes die worden afgescheiden door cellen en die fungeren als biomarkers in bijvoorbeeld ziekteprocessen. In de snel opkomende technologie van organ-on-a-chip kunnen de lagen gebruikt worden om zoveel mogelijk levensechte omstandigheden na te bootsen rondom een mini-orgaan op een chip.
Krachtig platform
De lipide dubbellaag biedt daarmee een krachtig platform om verschillende biologische interacties te onderzoeken en te sturen. Meting van de interactie vindt bijvoorbeeld plaats met optische technieken, maar ook met zeer nauwkeurige micro-weegschaaltjes – quartz crystal microbalance.
Mark Verheijden heeft zijn onderzoek uitgevoerd in het Bioinspired Molecular Engineering Lab geleid door prof Pascal Jonkheijm. Hij heeft nauw samengewerkt met promovendus Daniele di Iorio. De groep maakt deel uit van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie en het TechMed Institute. Het onderzoek is onder meer mogelijk gemaakt dankzij de Vidi-subsidie die Pascal Jonkheijm, Verheijden’s promotor, heeft ontvangen van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
Mark Lloyd Verheijden (Oosterhout, 1989) heeft zijn proefschrift ‘Supramolecular binding of vesicles, viruses and cells to biomimetic lipid bilayers’ verdedigd op 25 mei 2018.
