Onderzoek naar ferritine: ‘we hopen dat dit uiteindelijk meer inzicht geeft in Alzheimer’
Hoe de ziekte van Alzheimer precies ontstaat is niet goed begrepen, maar een disbalans van ijzer in de hersenen zou zomaar een rol kunnen spelen. Martina Huber van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde bestudeert de magnetische eigenschappen van ferritine, verantwoordelijk voor de ijzeropslag in de hersenen. Ze weet hiervoor twee technieken te combineren. ‘We moesten de expertise van verschillende vakgebieden samenbrengen en ik ben trots dat dat is gelukt.’
‘Alzheimer is een complexe aandoening en wij bestuderen slechts een klein onderdeel’, vertelt Huber. Toch vormt het de hoofdmotivatie voor het werk van haar onderzoeksgroep. ‘We weten dat er bij personen met Alzheimer te veel ijzer in bepaalde delen van de hersenen is. Dat willen we beter begrijpen.’ Ongeveer één op de vijf Nederlanders krijgt dementie en Alzheimer is verreweg de meest voorkomende vorm. Bij deze ziekte gaan de zenuwcellen in de hersenen kapot waardoor patiënten moeite krijgen met hun geheugen en alledaagse handelingen. Een geneesmiddel bestaat niet.
Hoe onderzoekt een natuurkundige Alzheimer?
In een recente publicatie combineert de wetenschapper twee technieken die voornamelijk in de natuurkunde gebruikt worden. ‘Met een zogenaamde SQUID-detector meten we de magnetisatie van ferritine. Dat geeft aan in hoeverre een materiaal reageert op een magneetveld. Dat vullen we aan met electron paramagnetic resonance (EPR)-metingen. We hebben in dit werk alleen fundamenteel onderzoek gedaan om ferritine te begrijpen, maar onze groep zet deze technieken ook in voor biologische monsters zoals de hersenmateriaal.’
'Er zijn allerlei theorieën over Alzheimer, maar het antwoord is ver weg.'
EPR maakt gebruik van een bijzondere quantumeigenschap van subatomaire deeltjes: spin. Je kunt je dat voorstellen als een deeltje dat uit zichzelf rondtolt. Als het een lading heeft, creëert het een heel klein magnetisch veld en is er interactie met andere deeltjes in de omgeving. Dat kunnen onderzoekers meten met EPR, vertelt Huber. ‘Wij doen de meest gevoelige EPR metingen in heel Nederland. We kunnen onze monsters zelfs tot op het kristalniveau bestuderen en dat geeft heel veel informatie over een systeem.’
IJzeropslag in de hersenen
IJzer in het menselijk lichaam wordt opgeslagen in het eiwit ferritine. Dat is een bolvormig nanodeeltje gemaakt van twee soorten eiwitten die als de zwarte en witte vlakken op een voetbal in elkaar vallen. Zo vormen ze een eiwitschil met daarbinnen een volledig afgesloten holte. IJzerionen kunnen door de schil naar binnen en verliezen daarbij een elektron. Bij 2000 ionen zit de holte vol en vormt het ijzer een oxide met een magnetisch moment. Dat kan met EPR onderzocht worden. ‘Soms werken we met hersenmateriaal, maar niet in dit geval. We wilden ferritine eerst begrijpen in de pure vorm, geproduceerd in een lab. Dat is al lastig genoeg.’
Huber heeft in haar onderzoek twee vakgebieden samengebracht en dat was zeker een uitdaging vertelt ze. ‘Om de data goed te interpreteren hebben we hulp gevraagd aan een onderzoeker die nanomaterialen in de paleogeologie bestudeert. De historie van de aardbol dus. We hebben natuurlijk totaal andere achtergronden, maar het is gelukt om een gemeenschappelijke theorie te formuleren. Het was erg interessant om meer te leren over elkaars vakgebied. Dat ging me beter af dan ik had verwacht.’
Een stap dichterbij
‘Er zijn allerlei theorieën over Alzheimer, maar de weg is lang en het antwoord ver weg. Er is nog veel onderzoek nodig’, laat Huber weten. ‘In eerder onderzoek lieten we zien dat we door de combinatie van magnetometrie en EPR meer te weten kunnen komen over de ijzersamenstelling in de hersenen. In deze publicatie tonen we aan dat we ook de magnetische eigenschappen van ferritine in kaart kunnen brengen. Dat is een mooie stap.’ Ze haalt haar schouders op: ‘We hopen natuurlijk dat ons onderzoek uiteindelijk bij zal dragen aan een beter begrip van Alzheimer, maar het kan net zo goed nergens op uit lopen. De natuurkunde erachter is sowieso interessant, dus het onderzoek blijft leuk.’
Het onderzoek naar de magnetische eigenschappen van ferritine is gepubliceerd in het wetenschappelijk vaktijdschrift Physical Chemistry Chemical Physics onder de titel In-depth magnetometry and EPR analysis of the spin structure of human-liver ferritin: from DC to 9 GHz.