Een draagbare, eenvoudig uit te voeren test om besmettingen mee aan te tonen, daar moet het uiteindelijk naartoe, zegt dr. ir. Paul Corstjens. Laat de patiënt even sabbelen op een staafje, stop dat in een apparaat en na enkele minuten volgt de uitslag: de patiënt is besmet met Streptococcus pneumoniae en niet met een hele reeks andere bacteriën. Of: het aantal virusdeeltjes van de hiv-patiënt is tweemaal zo hoog als een maand geleden.
Aan wie dit futuristisch vindt klinken, kan Corstjens een apparaat op zijn bureau laten zien. ‘DrugTest’ heet het ding, en dat is precies wat het doet: uit een beetje speeksel kan het apparaat opmaken of je onder invloed bent van cocaïne, cannabis, amfetaminen, heroïne of ecstasy. Deze DrugTest is al beproefd door de Duitse politie – tijdens verkeerscontroles in de directe omgeving van grote rave party’s en komt volgend jaar als eerste toepassing van een nieuwe, zeer gevoelige reportertechnologie op de markt, zegt de onderzoeker. Zelf werkt hij met analist Michel Zuiderwijk aan iets soortgelijks, maar dan voor het aantonen van ziekteverwekkers.
Patenten
“De techniek aan de basis is dezelfde, en die komt oorspronkelijk hier vandaan”, vertelt Corstjens. “Hans Tanke, tegenwoordig hoogleraar en afdelingshoofd, heeft in de jaren tachtig specifieke toepassingen van de up-converting fosfor technologie voorzien en gepatenteerd. Bij deze techniek gebruik je reportermoleculen die infrarode straling omzetten in zichtbaar licht, iets dat in de natuur nooit voorkomt. Je krijgt daardoor weinig ruis in je metingen (zie intermezzo)” In principe kun je hiermee van alles opsporen, legt hij uit; als je zo’n lichtgevend reportermolecuul vastkoppelt aan een structuur die je doelwit herkent en zich daaraan vastklampt. Spoel de overige reporters weg en je ziet alleen licht op de plaatsen waar doelwitten zich bevinden. Die doelwitten zijn bij de DrugTest de gezochte drugs of afbraakproducten daarvan. In andere gevallen zijn het vaak eiwitten. Maar Corstjens heeft stukjes DNA op het oog, die specifiek zijn voor bepaalde bacteriën en virussen.
Zichtbaar licht
Er zijn ook andere fluorescentietechnieken, zegt Corstjens. “Die werken ongeveer hetzelfde, alleen gaat het daar andersom: Zulke down-converting reporters nemen de lichtenergie op en stralen licht uit met een lagere energie. Je moet ze dus bestralen met hoog energetische straling, ultraviolet licht, waarna ze zichtbaar licht uitzenden. Een probleem daarbij is, dat niet alleen de reporters straling uitzenden; ook de omgeving doet dat een beetje. Dat veroorzaakt de ruis en daarom kun je er minder scherp mee zien dan met de up-converting technologie.”
We zijn nu wel een heel eind verwijderd geraakt van het staafje met speeksel waarmee we begonnen. Toch heeft het daar veel mee te maken: “Ons onderzoek wordt gefinancierd door Orasure, een Amerikaans bedrijf dat gespecialiseerd is in orale diagnostiek. Het onderzoek richt zich op het zogenaamde point of care-testing, wat wil zeggen dat je iets onmiddellijk kunt testen op de plaats waar de vraag zich voordoet. Dus niet, zoals nu vaak nodig is, materiaal opsturen naar een laboratorium en dan uren of dagen later de uitslag in handen krijgen. Hoe minder invasief dat gaat, hoe beter, dus je gebruikt liever speeksel dan bloed of urine.”
Hiv in speeksel
Corstjens en zijn collega’s zijn momenteel vooral bezig de techniek te verfijnen waarmee ze bepaalde stukjes DNA kunnen opsporen temidden van een zee van ander DNA. In een artikel dat ze vorige maand publiceerden in Clinical Biochemistry leggen ze de nadruk op de perspectieven die dat biedt. “Met onze zeer gevoelige techniek kun je de stap van het vermenigvuldigen van DNA, zoals dat nu nog nodig is, in sommige gevallen overslaan”, zegt Corstjens. “Dat maakt je diagnostiek veel sneller en goedkoper. Overigens zijn we nog lang niet zover dat we direct bacteriën uit speeksel kunnen identificeren. Maar we zijn nu wel bezig met een samenwerkingsproject tussen Orasure en de universiteit van Pennsylvania dat tot doel heeft binnen vier jaar een hiv-testkit te ontwikkelen voor speeksel. Daarmee moet het mogelijk zijn in één keer snel te bepalen hoe veel virusdeeltjes er zijn en hoeveel antilichamen de patiënt daartegen heeft. Als we eenmaal zo’n systeem hebben, is het relatief eenvoudig om het aan te passen voor de opsporing van andere ziekteverwekkers.” Om misverstanden te vermijden: het virus is niet in staat een nieuw slachtoffer te infecteren vanuit speeksel.
Ytterbium en holmium
Licht is op te vatten als een golf, maar ook als een stroom lichtdeeltjes (fotonen). In dit geval is het handig te kijken naar de deeltjes. Onderzoeker Corstjens: “Een down-converting reporter neemt een lichtdeeltje met hoge energie op en scheidt licht met een lagere energie uit. Bij een up-converter gaat het precies andersom.” Hij legt uit dat up-converters bestaan uit een kristalrooster met zeldzame atomen (lanthaniden) erin. Ytterbium is het element dat de energie van infrarood licht opneemt. Die energie geeft het door aan een ander element, dat voor elke twee energiepakketjes die het ontvangt één lichtdeeltje uitstraalt. “Het hangt van dat element af welke kleur dat uitgestraalde licht heeft”, zegt Corstjens. “Wij gebruiken erbium, dat groen licht uitstraalt, thulium dat blauw oplicht en holmium, dat een andere tint groen oplevert. Je kunt verschillende reporters naast elkaar gebruiken, zodat je meerdere doelwitten tegelijk in kaart kunt brengen. Dat noemen we een multiplex assay.”