Het creëren van minuscule capsules is zijn specialiteit

De verbindende factor tussen beide onderzoekslijnen wordt gevormd door een specialiteit van Van Hest: het creëren van minuscule capsules, waarin medicijnen, enzymen, of andere stoffen kunnen worden opgesloten. “Dergelijke compartimenten kunnen we maken van fosfolipiden, waar natuurlijke celmembranen ook uit bestaan, maar ook van polymeren of eiwitten. We zijn er ook al in geslaagd om ze te integreren in levende cellen, waar ze functioneren als kunstmatige organellen.”

Die holle capsules, met een doorsnede duizendmaal kleiner dan de dikte van een mensenhaar, worden gemaakt via een proces dat zelfassemblage wordt genoemd: als je de juiste moleculen in de goede volgorde en onder de juiste omstandigheden bij elkaar stopt in een bekerglas met water, dan vormen de capsules zich spontaan. “Dat luistert wel heel nauw, maar we hebben daar de afgelopen jaren veel ervaring mee opgedaan; we kennen de benodigde procedés tot in detail.”

Die kennis wil Van Hest ook inzetten in een groot onderzoeksproject dat na zijn verhuizing naar Eindhoven van start gaat. Onlangs kreeg hij namelijk een Advanced Grant van 2,5 miljoen euro van de European Research Council. De gedachte achter dat project is dat de complexiteit van onze lichaamscellen in het verre evolutionaire verleden is ontstaan doordat een bacterie zich nestelde in de cel van een andere bacterie - onze verre voorouder. “Men denkt dat zo de voorlopers zijn ontstaan van onze mitochondriën, de organellen die functioneren als de energiefabriekjes van onze lichaamscellen. Dat is een intrigerend inzicht; ik wil graag proberen dat proces na te bootsen met onze eigen kunstmatige organellen, om te zien welke functies je op die manier aan een cel zou kunnen toevoegen.”

Het eerste obstakel is het inbrengen van de capsule in de cel, die is beschermd door een celmembraan - de ‘huid’ van de cel. “Je kunt een micropipet gebruiken, zoals ze bij IVF doen, maar dat moet je cel voor cel met de hand doen en dat is dus niet onze eerste keuze. Een ander optie is het tijdelijk poreus maken van het celmembraan door een stroomstoot toe te dienen.” Van Hest heeft echter ook al geëxperimenteerd met een derde methode, vertelt hij. “Door de capsule aan de buitenkant te bedekken met bepaalde peptide-moleculen afkomstig van het hiv-virus, wordt de capsule automatisch door de cel naar binnen genomen. Het nadeel is nog wel dat de cel een blaasje om de capsule heen vormt. Je kunt dat vergelijken met wanneer wij iets in onze maag hebben; dan is het nog niet echt opgenomen ons lichaam - je wilt het kunstmatige organel in het cytoplasma krijgen, het celvocht.”

Als praktische toepassing van zijn capsules noemt Van Hest het inbrengen van enzymen in lichaamscellen. Door zo’n enzym in een capsule te stoppen, wordt namelijk voorkomen dat het in de cel direct wordt afgebroken, legt de hoogleraar uit. Vanuit de beschermende capsule, die functioneert als nanoreactor, kan het enzym vervolgens zijn nuttige werk verrichten voor de cel. “We hebben al laten zien dat dit werkt. Daarmee komt enzymtherapie in beeld voor mensen met bepaalde stofwisselingsziekten.”

“Het vooruitzicht van kunstmatig leven trekt grote denkers aan”

Meer naar sciencefiction neigt zijn suggestie om chloroplasten - bladgroenkorrels; de organellen die in groene planten energie uit zonlicht omzetten in suikers - te introduceren in zoogdiercellen zodat die hun eigen duurzame energie kunnen opwekken. “Daar is geen enkele noodzaak voor”, geeft Van Hest toe. “En ik verwacht ook niet dat we groene koeien zullen maken, maar ik ben wél benieuwd of cellen met chloroplasten een concurrentievoordeel krijgen boven normale cellen.”

Als stip op de horizon heeft de chemicus volledig kunstmatig leven, door mensenhanden gemaakt; geïnspireerd door de natuur, maar geen exacte kopie. “Daarvoor moet je een systeem kunnen maken dat zichzelf in stand houdt, zich kan repliceren en zich kan aanpassen aan de omgeving. Als je de verbazingwekkende vooruitgang ziet van de afgelopen tien jaar, sluit ik niet uit dat iemand dat over twintig jaar lukt. Je ziet dat dit fascinerende vooruitzicht grote denkers aantrekt met uiteenlopende achtergronden. Als iemand op een gegeven moment al die kennis weet te bundelen, dan kan daar iets moois uit ontstaan.”