Met minuscule monsters meer inzicht in hersenziekten
Marlien van Mever verdiepte zich in de analyse van piepkleine monsters, bijvoorbeeld hersenvocht van transgene muizenmodellen. Ze valideerde methoden die daardoor nu bruikbaar zijn in het onderzoek naar hersenziekten als migraine en epilepsie. Van Mever promoveert 14 juni.
Een krachtige manier om inzicht te krijgen in de werking van het menselijk lichaam is metabolomics: de studie van metabolieten, oftewel stoffen die het lichaam maakt. Een metaboloom is de complete verzameling stofwisselingsproducten die een bepaald organisme maakt. ‘Door het metaboloom te analyseren, krijg je inzicht in de fysiologische status van een organisme’, zegt Marlien van Mever.
Metabolomics is een veelbelovende techniek voor neurowetenschappelijk onderzoek naar hersenziekten. Door bijvoorbeeld uit te zoeken welke aminozuren er in een monster aanwezig zijn, of stoffen uit de ademhalingscyclus van een cel, weet je meer over het functioneren en eventuele mankementen daaraan. ‘Voor hersenonderzoek is het lastig dat je niet zo gemakkelijk onderzoeksmonsters kunt nemen uit levende hersenen’, aldus Van Mever die haar onderzoek deed bij het Metabolomics and Analytics Centre van LACDR, het Leiden Academic Centre for Drug Research.
Minder dan een druppel
Maar het kan wel, legt ze uit. ‘We kunnen bijvoorbeeld een beetje hersenvocht afnemen bij proefdieren. Vaak gebeurt dat via microdialyse, een veelgebruikte techniek in de neurowetenschap om de chemie in de hersenen te kunnen monitoren.’ Onderzoekers verzamelen dan met een klein buisje met een halfdoorlatend membraan kleine moleculen in levende, vrij bewegende dieren. ‘Van een rat verkrijg je doorgaans zo’n 30 microliter per monster, bij muizen zal het maximaal 5 microliter per monster zijn.’ Ter vergelijking: een druppel water bevat 10 tot 50 microliter.
Alternatief voor proefdieren
Werken met proefdieren is vaak een noodzakelijk kwaad bij onderzoek naar hersenziekten, maar alternatieven zijn in opkomst. ‘Er zijn systemen in opkomst waarin cellen van patiënten niet plat op een schaaltje, maar in 3D-celcultuur groeien op een microfluïdische chip. Deze systemen worden steeds populairder in het biomedisch onderzoek en kunnen er uiteindelijk voor zorgen dat er minder proefdieren nodig zijn.’
Waardevolle techniek
Van Mever werkte aan de ontwikkeling van verschillende methoden om micromonsters te analyseren. ‘Ik focuste zowel op de monstervoorbewerking als monsteranalyse.’ Ze onderzocht de analysemethode CE-MS. ‘Die krijgt de laatste jaren meer aandacht als een geschikte techniek voor metabolomics.’
CE-MS staat voor capillaire elektroforese en massaspectrometrie. Bij capillaire elektroforese leiden onderzoekers een te scheiden mengsel onder invloed van een elektrisch veld door een capillair, een buisje zo smal als een haar. Verschillen in lading en grootte van moleculen zorgen dat zij in verschillende snelheden door het capillair bewegen en zo van elkaar worden gescheiden. Massaspectrometrie toont vervolgens welke en hoeveel moleculen er in het monster zaten. ‘De koppeling van die twee technieken blijkt gevoelig genoeg om de stoffen te meten die we willen meten.’
Voor neurowetenschappelijk onderzoek is CE-MS een waardevolle techniek, want je hebt genoeg aan monsterhoeveelheden vanaf een paar microliter. Op basis van Van Mevers resultaten is CE-MS nu daadwerkelijk bruikbaar om relevante biologische monsters binnen neurowetenschappelijk onderzoek te analyseren. Van Mevers begeleider doet dat inmiddels al. Rawi Ramautar, onderzoeker bij het Metabolomics and Analytics Centre waar Van Mever haar onderzoek deed, schrijft: ‘Op dit moment zetten we CE-MS in voor de analyse van metabolieten in hersenvloeistof van muizen. Daarmee onderzoeken we epilepsie, samen met de Vrije Universiteit Brussel. Als we dit onderzoek hebben gepubliceerd en daarna ook presenteren op conferenties, verwacht ik dat er meer belangstelling komt voor deze methode.’
Uitdaging én kans: de coronacrisis
Met al dat werk aan piepkleine monsters verwacht je wel het een en ander aan ups en downs. De grootste uitdaging tijdens haar promotietraject was voor Van Mever toch de covid-19-crisis. ‘Door lockdowns was het vaak niet mogelijk om in het lab te werken. Dat leverde vertraging op voor mijn experimentele plannen.’ Het onderwijs ging grotendeels gewoon door, online of hybride, en daarbij speelde Van Mever een grote rol. ‘Ik heb genoten van mijn tijd in het lab, maar ook het onderwijs vond ik ontzettend leuk om te doen.’
Begeleider Ramautar prijst zijn promovenda om haar creatieve en efficiënte aanpak. ‘Marlien is niet alleen een creatieve bio-analytisch chemicus, maar ze nam ook initiatieven om experimenten slim uit te voeren. Ze gebruikte zogeheten Design-of-Experiments-benaderingen. De tijd die ze hierdoor overhield, zette ze graag in voor het onderwijs. Naast haar mooie proefschrift heeft ze ook haar Basiskwalificatie Onderwijs behaald.’
Tekst: Rianne Lindhout