Vrije radicalen volgen is lastig. Romana Schirhagl ontwikkelt een techniek om die indicatoren van stress met nanodiamanten te traceren.

Het leven van een cel gaat niet over rozen. Hij is onderhevig aan allerlei stressmomenten, zoals zuurstoftekort, glucosetekort, veroudering en uiteindelijk celdood. Bij al die processen komen radicalen vrij. Om daarover meer te weten te komen, moet je bestuderen hoe die ontstaan en zich verspreiden. Maar omdat ze zo klein en radicaal zijn, is dit geen sinecure. Biofysicus Romana Schirhagl werkt aan de Rijksuniversiteit Groningen aan een methode om met nanodiamanten vrije radicalen optisch te meten.

Diamant-magnetometer

‘Nanodiamanten hebben een defect waardoor ze fluoresceren’, legt Schirhagl uit. ‘Hier geldt een kwantumeffect: de fluorescentie hangt af van de magnetische omgeving. Zo’n omgeving kan bijvoorbeeld bestaan uit vrije radicalen, die hebben name­lijk een elektronspin en een hoog magnetisch moment. Het idee is dus dat je met nanodiamanten vrije radicalen kunt meten en daarmee ook de stressreactie van cellen.’

Schirhagl en haar groep kopen de nano­diamanten in bij bedrijven. Schirhagl: ‘Het defect dat we nodig hebben komt in de natuur voor. Het ontstaat als een koolstof­atoom wordt vervangen door een stikstof­atoom, en het koolstofatoom ernaast verdwijnt. Welke grootte we gebruiken, tussen de 25 en 125 nm, is een afweging. De grote diamantjes zijn helderder en makkelijker te vinden, de kleinere zijn gevoeliger.’

 

‘In macrofagen lijkt het goed te werken’

Wel moet de onderzoeker het oppervlak chemisch aanpassen. ‘Dit doen we om de diamantjes naar bepaalde gebieden te kunnen leiden’, zegt Schirhagl. ‘We kunnen er bijvoorbeeld antilichamen aan binden, die ervoor zorgen dat de nano­diamanten in de mitochondriën van macrofagen terechtkomen.’

Om de magnetische resonantie van de nanodiamanten te kunnen meten, moesten Schirhagl en haar collega’s bestaande apparatuur verbeteren. ‘We hebben een diamant-magnetometer gebouwd. Dat is een confocale microscoop die microgolven gebruikt om het optische signaal van de diamanten op te pikken. We hebben de techniek gevoeliger gemaakt, zodat die nu een spectrum kan meten.’

Gistcellen

Op dit moment test Schirhagl haar techniek in celculturen. ‘Een van onze doelen is om te zien welke typen cellen geschikt zijn voor de nanodiamantmethode’, vertelt ze. ‘In macrofagen, deeltjesetende immuuncellen, lijkt het goed te werken Ze eten de diamantjes simpelweg op. Daarna kunnen we de vrije radicalen direct meten.’

In een volgende stap wil de onderzoeker nanodiamanten in gistcellen brengen, omdat die belangrijk zijn als model om het verouderingsproces van cellen te bestuderen. Maar de opname van nanodiamanten in die cellen is vanwege de celwand een stuk lastiger dan bij macrofagen. Schirhagl: ‘Eerst moeten we de gistcellen behandelen met chemicaliën die de celwand permeabel maken.’

Een ander aandachtspunt is de mogelijke toxiciteit van nanodiamanten voor cellen, aldus Schirhagl. ‘We willen niet dat ze de biologische activiteit van de cellen verstoren. Hoewel we daarvoor nog geen aanwijzingen hebben gevonden, is het wel iets om rekening mee te houden.’

Met haar ERC Starting Grant, die Schirhagl medio 2016 ontving, gaat ze de methode verder ontwikkelen. ‘We zijn van plan de gevoeligheid op te voeren. Nu detecteren we alleen iets als de magnetische omgeving flink verandert. En we willen vooral dieper ingaan op echte toepassingen.’