Eiwitten in bloed in ‘no time’ opsporen met magnetische biosensoren en met beeldvormende apparatuur kwetsbare, ontstoken plaques in bloedvaten vroegtijdig detecteren. Dat zijn enkele verrassende nieuwe speerpunten van de onderzoeksgroep van Hans Hofstraat bij Philips Research.

Van medische diagnostiek naar beeldschermen en plastic elektronica en weer terug. Prof. Hans Hofstraat is van vele markten thuis. Nu beeldschermen bij zijn bedrijf minder prioriteit krijgen in de research, buigt hij zijn onderzoeksgroep voor organische chemie en polymeren steeds verder om in medische richting. Als hoofd van het nieuwe departement Bio-Molecular Engineering van Philips Research laat hij zelfs moleculairbiologische en biomedische labs bouwen in wat eens het exclusieve domein was van optica en elektronica. Komende jaren neemt hij voor Europa’s grootste elektronicaconcern tientallen specialisten in de life sciences in dienst.

“Kijk, op dit kleine puntje van enkele vierkante millimeters zijn simultaan vier verschillende eiwitten te detecteren”, vertelt Hofstraat enthousiast. Deze magnetische biosensor moet over vijf jaar marktrijp zijn en dan snel gevoelige metingen kunnen doen bij spoedgevallen, bijvoorbeeld op de eerste hulp. Voor de nieuwe sensor hergebruikt zijn groep afleestechnologieën van compactcassettes en halfgeleiders die Philips produceert voor de automobielindustrie.

“Aan de magnetische biosensor werken we hier al sinds 2000”, onthult Hofstraat. “We liepen daarmee als researchafdeling vooruit op de strategische keuze voor gezondheidszorg die Philips later maakte. Door die accentverschuiving krijgen we nu steeds meer budget voor dit soort onderzoek, niet alleen vanuit de concerndirectie maar ook vanuit de productdivisies.”

Komende jaren wil Philips samen met de Universiteit van Maastricht, het academisch ziekenhuis in die stad en de TU/e stevig investeren in het Center for Molecular Medicine, een nieuw ­ samenwerkings­ verband waar ook andere bedrijven kunnen instappen. Moleculaire diagnostiek en beeldvorming zijn de sleutelwoorden. Hoofdkwartier is de High Tech Campus, waar ook Philips Research gevestigd is.

 

Wat maakt de magnetische biosensor ­ bijzonder? Er bestaat immers al een heel scala aan ideeën voor chips om eiwitten mee op te sporen.

“We gebruiken antilichamen met kleine magneetdeeltjes in een zogenoemde sandwich-immunoassay. Daar is erg gevoelig mee te meten, tot (sub)picomolaire concentraties van stoffen in bloed doordat er weinig achtergrondsignaal is. Patiënten hebben van nature immers geen magnetisch materiaal in hun lichaam. Optisch antilichaamconcentraties meten is lastiger omdat er dan eiwitten en andere stoffen voor interferentie kunnen zorgen.

Verder kan je het magneetje eerst magnetische deeltjes snel laten aantrekken en dan ompolen om losse, niet specifiek gebonden deeltjes weer snel te laten afstoten. Zo verbetert ook de ­ specificiteit. We proberen nu bovendien uit of je testen met niet of nauwelijks voorbewerkt bloed kunt doen. We drukken dan bloed door kanaaltjes van een paar honderd micrometer, waardoor er een mini-druppeltje op de sensor komt te liggen en dat lijkt te werken.”

 

Werken jullie ook aan biosensoren waar je kennis uit het cd-gebied hergebruikt?

“Ja, zowel voor eiwit- als nucleïnezuurdetectie, maar de details daarvan brengen we nog niet naar buiten. Wel kan ik zeggen dat een aantal academische ziekenhuizen nu een eerste prototype moleculair diagnostische test uitproberen.”

 

Moest je veel life sciencekennis bijleren?

“Nee, niet echt. Ik heb de ontwikkelingen in de medische diagnostiek voortdurend gevolgd. Bij Akzo Nobel werkte ik met collega’s van Organon Technika al aan arrays toen Affymetrix nog een klein bedrijfje was halverwege jaren negentig. Als deeltijdhoogleraar op de UvA ben ik me actief met diagnostiek bezig blijven houden, heb ik de literatuur gevolgd en congressen bezocht, ook al werkte ik bij Philips vooral aan polymeren en organische chemie voor een breed pallet aan applicaties. Eigenlijk komt er nu vooral veel bekends om de hoek, want in mijn baan bij Rijkswaterstaat werkte ik al aan immuunchemie voor de detectie van giftige algen.”

 

Vanwaar de term ­ molecular medicine in jullie naam?

“De toegenomen kennis van de moleculaire mechanismen die ziektes veroorzaken, maakt ook diagnose op moleculair niveau voor steeds meer ziektes mogelijk. Het is een veelgebruikte verzamelterm voor ­ moleculaire beeldvorming en diagnostiek, maar ik geef toe dat die ook wel wat verwarrend is. In de microscopie wordt ook aan moleculaire imaging gedaan bijvoorbeeld.

Philips heeft met de divisie Medical Systems al veel ervaring met imaging, met bijvoorbeeld MRI en PET. Nu bekijk je met deze technieken nog vooral weefsels, organen of niet erg specifiek naar metabole activiteit. Met alle moleculaire kennis van de afgelopen jaren kun je meer gaan doen. We werken bijvoorbeeld aan contrastmiddelen die heel specifiek aan bepaalde receptoren binden. Ook het in beeld brengen van de vorming van nieuwe bloedvaten in de buurt van tumoren is een van de speerpunten.

Detectie van kwetsbare, ontstoken plaques in bloedvaten is een ander belangrijk onderzoeksgebied in het centrum. Maastricht werkt samen met Organon aan de biomarkers, peptides of antilichamen die specifiek aan de plaques hechten. De TU/e maakt contrastmiddelen die bijvoorbeeld (para)magnetisch of radioactief kunnen zijn, zodat ze met Philips imaging apparatuur zichtbaar te maken zijn.

Samen met onze partners zijn we dus op zoek naar een heel specifieke, niet-toxische contrastmiddellen met een voldoende lange verblijftijd in het lichaam. Wij werken bij Philips ook aan software werken om optimale beelden beschikbaar te maken. ”

 

Hoe zinvol is vroege diagnostiek? Is straks niet iedereen ziek als je allerlei ziektes heel vroeg kunt opsporen?

“Om uit te vinden wanneer het nuttig is om in te grijpen is nog veel onderzoek nodig. Dat moet je zeker niet te vroeg doen, want het lichaam heeft zelf ook allerlei mechanismen om in te grijpen als ontsporing dreigt.

Vroege diagnose vereist een goed inzicht in het ziekteproces gekoppeld aan de therapeutische mogelijkheden. Bovendien zijn er heel goede tests nodig die weinig vals-positieven geven. Voor de meeste ziektes ligt vroege diagnose en screening nog tientallen jaren weg. ‘Beter voordat je ziek bent’ is toekomstmuziek zolang we niet beter begrijpen hoe ziektes verlopen en welke feedbackloops een rol spelen.

Om te bepalen hoever je gaat met de introductie van nieuwe technologiën is een maatschappelijke discussie nodig met overheid, patiëntenverenigingen en verzekeringsmaatschappijen over de rechten en de privacy van burgers, hun keuzes en de betaalbaarheid van preventieve gezondheidszorg.”

 

Wat levert jullie onderzoek op de korte termijn op?

“In de nabije toekomst zie ik vooral evidence based medicine als belangrijke nieuwe ontwikkeling, waarbij je medicijnen of andere therapie op het individu kunt afstemmen op basis van moleculaire diagnostiek. Door met contrastmiddelen de metabole activiteit in een tumor te bepalen, kun je zien waar die het meest woekert en specifiek daar bestralen. Dat moet behandelingen gerichter en effectiever maken.

Verder willen we efficiënter geneesmiddelenonderzoek mogelijk maken met goede biomarkers als surrogaateindpunten voor klinisch onderzoek en goede appartuur om die biomarkers te meten. Met contrastmiddelen kun je bijvoorbeeld het verloop van een ziekte kwantificeren, en detecteren of de ziekteverschijnselen minder worden na het toedienen van medicijnen. Dit levert een uitermate uitdagend gebied, waarin fysiologie, biochemie, farmacie, ic-technologie, elektronica en fysica bij elkaar komen. Je moet zowel veel van een ziekteproces te weten komen als de goede technologieplatformen ontwikkelen. Geen enkele organisatie kan al die disciplines op topniveau in huis hebben. Daar zijn goede samenwerkingsprojecten voor nodig.”

 

Hoever omarmt Philips de life sciences?

“Onze focus blijft primair op technologie liggen. We kunnen hier prototypes maken en zelfs kleine productseries. Dat plaatst ons in de wereld in een unieke positie. Maar voor een goede samenwerking met de andere partners willen we binnen Philips ook medische en moleculairbiologische kennis internaliseren. Je kunt immers niet alles uit tekstboeken halen. Op onze ­ campus gaan moleculaire biologen en celbiologen in projectteams aan de slag met fysici en elektronici.

Als je biosensoren ontwikkelt, heb je bovendien ook speciale voorzieningen nodig om bijvoorbeeld met pathogenen te kunnen werken. Vanaf eind vorig jaar zijn al tientallen mensen aan het werk in bestaande labs die geschikt zijn gemaakt voor biologisch werk. Komend jaar gaan we nog tientallen mensen aannemen en werken we aan betere faciliteiten. Naast ons wordt een gebouw van 5000 vierkante meter verbouwd, waarvan een belangrijk deel speciaal wordt ingericht voor moleculairbiologisch en biochemisch onderzoek voor zowel moleculaire diagnostiek als voor imaging.

 

Hoe stuur je op snelle productontwikkeling aan?

“Alle partners zijn al wereldspelers op hun vakgebied. Hierdoor versnel je nieuwe ontwikkelingen. Voor een optimale informatie-uitwisseling moet je vooraf wel goede afspraken maken over gebruik en geheimhouding van kennis, anders zijn de partners niet geneigd al hun kennis uit te wisselen. Verder zijn klinische behoeftes ons startpunt. Onze drijfveer is om een nieuw product echt in de kliniek te krijgen; om daar het verschil te maken.”

 

 

***Kader***

Feitelijk

 

• Nieuwe KNCV-voorzitter voor 2007
• 2005: Hoofd van de groep Bio-Molecular Engineering bij Philips Research
• In 2003 benoemd tot vicepresident bij Philips Research
• In 1998 gestart bij Philips Research als hoofd van de groep Polymeren en Organische Chemie en als deeltijdhoogleraar ‘toepassingen van moleculaire fotonische materialen’ bij de UvA
• Vanaf 1991 Akzo Nobel Central Research: optische spectroscopie voor polymeerkarakterisatie, en voor toepassingen in optische devices en humane diagnostiek
• Vanaf 1987 Rijkswaterstaat: karakterisering van microverontreinigingen en algen
• Promotie in Amsterdam in 1988 op lage-temperatuur luminescentiespectroscopie, postdoc bij ETH op hetzelfde onderwerp.