Cum laude voor verbetering biosensoren voor snelle gevoelige bloedtests

Bij de huisarts een druppeltje bloed in een chip laten vloeien, en binnen een paar minuten weten of je bijvoorbeeld een hartprobleem of een ontsteking hebt. Dat is het ultieme doel van de deeltjesmanipulatie waaraan Alexander van Reenen werkte binnen de groep Moleculaire Biosensoren voor Medische Diagnostiek. Hij promoveerde gisteren cum laude, op de ontwikkeling van methoden om met bewegende magnetische deeltjes hele lage concentraties eiwitten in vloeistof te detecteren.

De gezondheidszorg wordt steeds duurder. De ontwikkeling van zogeheten point-of-care oplossingen maakt het mogelijk dat in de toekomst steeds meer diagnostiek rond de huisarts en dicht bij de patiënt uitgevoerd wordt in plaats van in het ziekenhuis. Dit komt de kwaliteit en beschikbaarheid van zorg ten goede en kan helpen om de zorgkosten omlaag te brengen.

Alexander van Reenen werkte aan nieuwe concepten voor eiwitdetectie op basis van bewegende magnetische deeltjes. In de methode worden bolletjes van polystyreen met ijzeroxide aan de te onderzoeken vloeistof toegevoegd. Deze zogeheten superparamagnetische deeltjes (deeltjes die zich alleen als magneten gedragen in een extern magneetveld) zijn bedekt met antilichamen, die specifiek de gezochte eiwitten herkennen. Zo zijn er bijvoorbeeld antilichamen die het eiwit troponine herkennen. Dit eiwit vormt een aanwijzing dat er schade is aan het hart.

Magneetvelden sturen de magnetische deeltjes door de vloeistof heen. De antilichamen op het oppervlak vangen de eiwitten in. Vervolgens worden de deeltjes samen met gevangen eiwitten naar een detectie-oppervlak gebracht, waar ze aan worden vastgebonden via het gevangen eiwit. Door met optische technieken te meten hoeveel deeltjes er aan het oppervlak zijn gebonden, is de concentratie aan eiwitten in de oorspronkelijke vloeistof te bepalen. Op deze manier zijn hele lage concentraties eiwitten (in de orde van picomolair) aan te tonen in het bloed, zoals aangetoond in eerder onderzoek bij Philips Research.

Sneller en nauwkeuriger
Alexander van Reenen heeft fundamentele aspecten onderzocht en nieuwe concepten bedacht om de gevoeligheid en snelheid van dergelijke biosensoren te verbeteren. In de eerste plaats bestudeerde hij hoe de magnetische deeltjes de eiwitten invangen. Door het invangen op stilstaande magnetische deeltjes te vergelijken met het invangen op bewegende deeltjes kon hij laten zien dat er uitgedunde zones zijn in de eiwitconcentratie rond de deeltjes, waardoor beweging een gunstig effect heeft op de invanging. Hij heeft verschillende bewegingsvormen vergeleken en vastgesteld dat in het bijzonder het verplaatsen en tegelijkertijd draaien van ketens van deeltjes een uiterst effectieve invanging geeft.

Ook werkte de promovendus aan manieren om de deeltjes over een oppervlak te bewegen. Van Reenen ontwikkelde een nieuwe magnetische techniek waarmee een samenballing van miljoenen deeltjes uiteen kan worden gespreid over een oppervlak: in één minuut ontstaat een nette uitgespreide laag met allemaal deeltjes los van elkaar. De uitspreiding door deze zogeheten rotaforese-techniek is een onverwacht resultaat, omdat de deeltjes in een magneetveld van nature naar elkaar toegetrokken worden.

Met behulp van het roeren met ketens en de rotaforese-techniek wist Van Reenen de effectiviteit van eiwit-invanging in sommige gevallen met één of meer ordes van grootte te verbeteren ten opzichte van stilstaande deeltjes. Deze resultaten kunnen helpen om in een enkele druppel bloed snel hele lage concentraties stoffen te meten. Het uiteindelijke doel is om zelfs enkele moleculen in bloed te kunnen detecteren en daarmee een test te realiseren met maximale snelheid en gevoeligheid.

Het onderzoek is uitgevoerd in een STW-project waarin ook andere groepen van TU/e en Philips Research participeerden.

Curriculum Vitae
Alexander van Reenen (1987) studeerde Technische Natuurkunde aan de Technische Universiteit Eindhoven, waar hij in 2010 cum laude afstudeerde. Tijdens zijn studie deed hij een minor in Scheikundige Technologie. Na zijn promotie gaat hij werken bij Philips, aan onderwerpen die in het verlengde liggen van zijn promotieonderzoek.