Chromosoom-imaging is van groot belang bij kankeronderzoek. Bij deze ziekte, waarbij het fout gaat op het niveau van de celdeling, spelen chromosoomafwijkingen een rol. Maar imaging kan ook helpen bij onderzoek naar vruchtbaarheidsproblemen, om eventuele chromosomale foutjes goed in beeld te brengen. Nu gebruiken specialisten hiervoor karyotypering. Hierbij worden chromosomen gefixeerd, gekleurd en bekeken onder een gewone lichtmicroscoop. Maar dit is niet ideaal. ‘Het is behoorlijk arbeidsintensief en levert vaak lage resolutie op’, vertelt hoogleraar Gijs Wuite van de groep Fysica van de levende processen aan de VU Amsterdam. ‘Ideaal is als je een workflow hebt die zowel efficiënter is als meer informatie geeft.’

‘Je zit heel dicht bij de cellulaire werkelijkheid’

Die mogelijkheid is er nu, dankzij de nieuwe CTFM-SR3D, oftewel: Super-Resolution Correlative Tweezers Fluorescence Microscope. De techniek komt voort uit een zes jaar durend Europees project, CHROMAVISION, geleid door de VU Amsterdam. Verder bestaat dit consortium uit de universiteit van Kopenhagen, Deense Technische Universiteit, University College London en het Nederlandse bedrijf Lumicks.

Trekken en duwen

De CTFM-SR3D maakt gebruikt van zowel optische pincetten als superresolutie-fluorescentiemicroscopie. Met beide heeft Wuite jarenlang ervaring. ‘Er zijn al wel onderzoekers die deze twee technieken gebruiken om bepaalde stukjes DNA of bepaalde eiwitten zichtbaar te maken, maar een heel chromosoom is andere koek. We hebben beide technologieën zo geoptimaliseerd dat we ze konden samenvoegen tot één platform.’

Dat platform werkt als volgt. De optische pincetten zijn gefocusseerde lasers waarmee je microscopisch kleine plastic bolletjes kunt vasthouden, legt Wuite uit. ‘Die bolletjes blijven plakken aan de uiteinden van chromosomen. Ook kun je fluorescente labels op de chromosomen plakken. Laat je er vervolgens superresolutie op los, dan kun je de onderdelen van die chromosomen prachtig in beeld brengen.’

‘Met deze techniek kan ik de rest van mijn carrière voort’

Die onderdelen en het DNA samen vormen volgens Wuite een soort bibliotheek. ‘Wat je het liefst wilt bij chromosoomonderzoek, is de complete organisatie van die DNA-bieb bekijken. Dus bijvoorbeeld: waar staan die letters op de pagina, hoe zitten die pagina’s in het boek, op welke plank staat dat boek en op welke afdeling bevindt zich die plank? Dankzij deze techniek kun je dit heel uitgebreid bekijken. En omdat we geen fixatie gebruiken, zit je heel dicht bij de cellulaire werkelijkheid.’

De grote kracht van de nieuwe techniek is dat je de vastgeplakte chromosomen ook nog eens mechanisch kunt manipuleren door er met het optische pincet aan te trekken en te duwen. Dat leverde al direct een bijzondere ontdekking op voor Anna Meijering, promovendus van Wuite, en enkele collega’s. ‘Als je aan een chromosoom trekt, zou je denken dat die langer wordt, zoals een elastiekje’, legt Wuite uit. ‘Maar wij zagen dat je kleine domeintjes hebt die als het ware in een soort estafette na elkaar worden uitgerekt, naar gelang de kracht die je erop zet met het pincet. Daardoor krijg je afwisselend zachte en stijve plekken in de chromosoomstructuur. Dit willen we nog verder gaan onderzoeken, bijvoorbeeld bij kankercellen.’

Systematisch onderzoek

Dat is maar één van de vele toepassingen die Wuite op het oog heeft met CTFM-SR3D. ‘Dit is het startpunt van systematisch onderzoek naar chromosomen. We hebben nu een aantal eiwitten zichtbaar gemaakt, maar we willen nog veel meer zien. Je kunt bijvoorbeeld verschillen zichtbaar maken tussen meerdere celtypen en tussen verschillende typen chromosomen, zoals het X- en Y-chromosoom.’ Wuite heeft dan ook al veel blijken van interesse ontvangen van collega-academici, die de nieuwe techniek zouden willen uitproberen voor allerlei onderzoeken. ‘Mensen zien dat de mogelijkheden eindeloos zijn.’

Het platform wordt nu verder uitgerold via Lumicks, een in optische pincetten gespecialiseerd bedrijf waarvan Wuite medeoprichter is. Zelf werkt hij nu aan netwerken om mensen te trainen in het gebruik van de CTFM-SR3D.

Verder heeft zijn lab net een nieuwe Europese subsidie binnengesleept, een ERC Advanced Grant. Daarmee gaan onderzoekers binnen zijn team met de techniek aan de slag met specifiek biochemisch en biofysisch chromosoomonderzoek. ‘Er zijn zoveel vragen te beantwoorden. Met dit nieuwe platform kan ik de rest van mijn carrière bezig zijn!’