Wat eet een cel? Deze nieuwe tool maakt het zichtbaar
Wat als je één enkele cel in real time zou kunnen zien ‘eten’? Dat kan helpen om ziektes zoals kanker beter te begrijpen. Promovendus Yixuan Wang ontwikkelde een chemische tool die oplicht en zichtbaar maakt hoe levende cellen voedingsstoffen opnemen.
Om te begrijpen hoe cellen voedingsstoffen opnemen, moesten onderzoekers lange tijd miljoenen cellen tegelijk kapotmaken. ‘Dat geeft alleen een gemiddeld beeld, niet wat er in één levende cel gebeurt’, zegt promovendus Yixuan Wang. ‘Je mist wat er op individueel niveau gebeurt, terwijl dat juist cruciaal is voor onderzoek naar gezondheid en ziekte.’
Om dat probleem op te lossen, ontwikkelde het team een chemische tool die gaat gloeien zodra een cel voeding opneemt. De methode werkt in levende cellen zonder hun normale processen te verstoren.
‘Wanneer de voedingsstof de sensor bereikt, reageren ze met elkaar en gaat het licht aan’
Hoe het lichtgevende systeem werkt
Het idee is eenvoudig: onderzoekers brengen een ‘donkere’ chemische sensor in een deel van de cel, zoals de mitochondriën (de energiebron van de cel) of de celkern (het regelcentrum). Deze sensor blijft onzichtbaar totdat er een voedingsstof de cel binnenkomt. ‘Wanneer de voedingsstof de sensor bereikt, reageren ze met elkaar en gaat het licht aan’, zegt Wang.
De sleutel tot deze reactie is een stof die tetrazine heet. Die blijft donker totdat hij reageert, en licht daarna meteen op. De aanpak is gebaseerd op zogeheten klikchemie, een concept dat bekroond is met een Nobelprijs.
‘Klikchemie is een manier om kleine chemische groepjes in moleculen in te bouwen en ze heel gericht met elkaar te laten reageren’, legt promoter Sander van Kasteren uit. ‘Zo kunnen we moleculen volgen in levende systemen zonder grote, opvallende labels toe te voegen. We hopen bijvoorbeeld te ontdekken welke cellen in een tumor welke voedingsstoffen gebruiken, en of dat invloed heeft op hoe agressief de tumor is.’
Wat de onderzoekers ontdekten
Het team onderzocht suikers, vetten en aminozuren. Ze zagen dat sommige cellen, zoals geactiveerde T-cellen, bijzonder actief zijn in het opnemen van voedingsstoffen: ze nemen als het ware alles op om te kunnen groeien en zich te ontwikkelen. Ook bleek dat voedingsstoffen vaak in de mitochondriën terechtkomen. ‘Dat hadden we niet verwacht’, zegt Wang. ‘Het laat zien hoe belangrijk energieproductie is bij het gebruik van voedingsstoffen.’
Waarom dit belangrijk is voor ziekte
De manier waarop cellen omgaan met voedingsstoffen hangt nauw samen met ziektes zoals kanker. ‘Als we weten welke voedingsstoffen tumorcellen nodig hebben, kunnen we proberen hun opname te blokkeren’, legt Wang uit. De “glow-in-the-dark-techniek” maakt dat goed zichtbaar: ‘Als we een medicijn ontwikkelen dat kankercellen uithongert door hun voedseltoevoer af te snijden, kunnen we nu eindelijk met eigen ogen zien of die cellen echt verhongeren.’
In de toekomst zou de tool ook gebruikt kunnen worden voor diagnostiek, bijvoorbeeld om tumorcellen te herkennen aan hun voedingsgebruik.
Een platform voor toekomstig onderzoek
In tegenstelling tot andere methoden laat deze techniek niet alleen zien waar voedingsstoffen terechtkomen, maar ook hoe ze zich door de cel bewegen in de tijd. ‘Onze methode detecteert voedingsstoffen zodra ze de cel binnenkomen’, zegt Wang. In de toekomst zou de tool ook gebruikt kunnen worden voor diagnostiek, bijvoorbeeld om tumorcellen te herkennen aan hun voedingsgebruik. Uiteindelijk hoopt Wang dat de methode ook toepassingen krijgt in de industrie, zoals bij het ontwikkelen van nieuwe medicijnen.
Uitdagingen en persoonlijke momenten
Het ontwikkelen van de tool was niet eenvoudig. Het kostte tijd om de juiste chemische reactie te vinden en de sensor goed te ontwerpen. ‘Na meerdere mislukte pogingen wilde ik bijna opgeven’, vertelt Wang. ‘Maar mijn begeleider moedigde me aan om door te gaan.’ Dat bleek de moeite waard. Toen het onderzoek uiteindelijk werd gepubliceerd, was dat een moment om te vieren.
Wang hoopt dat anderen verder bouwen op zijn werk. ‘Ik hoop dat mensen dit idee oppakken en nieuwe tools ontwikkelen’, zegt hij.
Door het onzichtbare zichtbaar te maken, biedt deze methode een nieuwe kijk op het verborgen leven van cellen – en op hoe ziektes ontstaan.
Promotie
Yixuan Wang verdedigt zijn proefschrift ‘Tools for real-time study of bioorthogonal conversions in the living system’ op 25 maart in het Academiegebouw. Zijn promotoren zijn professor Sander van Kasteren en professor Hermen Overkleeft.