Eén van Feringa’s nieuwste vindingen is een antibioticum met een ingebouwde moleculaire lichtschakelaar, die werkt als een op afstand bestuurbare aan-uitknop. “Het voordeel daarvan is dat je het antibioticum pas aanzet als het op de plek van de infectie is aangekomen. Op die manier kun je resistentieontwikkeling en effecten in de darmen en ook in het milieu aanzienlijk verminderen,” legt Feringa de achterliggende gedachte uit.
Flipflop molecuul
Het activeren met licht gaat razendsnel en is slechts een kwestie van picoseconden. Het antibioticummolecuul verandert daardoor tijdelijk van ruimtelijke vorm en blijft uren biologisch actief, voordat het vanzelf weer ‘uit’ gaat. “De werkzame tijdsduur kunnen we nog aanpassen zodat het antibioticum langzamer of juist sneller terugschakelt,” geeft Feringa aan.
Voor de scheikunde-liefhebbers: het antibioticum gaat chemisch gezien van een inactieve trans-vorm over in een werkzame cis-vorm, waarna het vanzelf weer terugvalt tot zijn inactieve trans-toestand (stereoisomerie). Deze moleculaire flipflop speelt zich af rond een dubbele binding. “De meeste mensen vergeten dat dit hetzelfde mechanisme is als waarmee wij zien. In ons oog vervult een koolstof-koolstof dubbele binding (-C=C-) de rol van lichtschakelaar.” Om het werkingsprincipe te demonsteren, gebruikten de onderzoekers voor hun eerst verbouwde antibioticum een diazogroep (-N=N-) als moleculaire lichtschakelaar die van stand verandert na belichting met ultraviolet licht van 365 nanometer.
Schakelen met infrarood
Maar licht heeft ook nadelen. Ultraviolet licht is schadelijk voor het DNA en daardoor niet geschikt voor toepassing in de kliniek. Bovendien dringt ultraviolet licht niet diep genoeg in het weefsel door. Zijn onderzoeksgroep is daarom bezig om antibiotica met lichtschakelaars te ontwerpen die met infraroodlicht op afstand bedienbaar zijn. Infrarood licht (warmtestraling) dringt wel makkelijk centimeters diep in het weefsel door. Feringa: “Voor bijvoorbeeld de behandeling van een huidinfectie, slik je het onwerkzaam antibioticum in en vervolgens bestraal je de geïnfecteerde plek. Als er dieper in het lichaam een ontsteking zit, dan kun je ook van binnenuit belichten met een sonde. Dit is een heel dunne glasvezel die artsen gebruiken om bloedaderen te bekijken.”
Het begin is er, en het werkt verrassend goed. “Maar voordat dit soort innovaties de kliniek bereiken zijn we zeker tien jaar verder,” waarschuwt hij.