Annemie Bogaerts, hoogleraar aan de Universiteit Antwerpen, is een van dé Europese experts op het gebied van plasmaonderzoek voor (bio)chemische toepassingen. Ze zet het onder meer in om kankercellen te vernietigen en CO₂ om te zetten in meer waardevolle chemische componenten en hernieuwbare brandstoffen.

In een bosrijk deel van Wilrijk, aan de zuidrand van Antwerpen, ligt Campus Drie Eiken, een van de locaties van de Universiteit Antwerpen. Een paar moderne gebouwen, maar ook enkele lelijke blokken die in de jaren zeventig ‘tijdelijk’ werden neergezet. In een daarvan zetelt het departement chemie. Op de tweede verdieping bevindt zich de werkkamer van hoogleraar Annemie Bogaerts (47).

Eén ding valt onmiddellijk op: alle wanden hangen vol kindertekeningen en foto’s. Boven de computer pontificaal een diploma voor verdiensten ‘in de zorgsector’, ondertekend door Vincent, Maarten en Charlotte. In een hoekje, waar ze nauwelijks opvallen, drie ingelijste academische oorkondes, alsof dat een bijzaak is, zelfs hier. Het middelpunt is uiteraard Bogaerts zelf, optimistisch en vastberaden.

Zegt die plaatsing van je verdiensten iets over jou?

‘Zeg maar dat ik er zelf over begonnen ben, wanneer de kritiek komt dat dit bij een man nooit onderwerp van gesprek zou zijn geweest. Ik ben mijn toenmalige promotor dankbaar dat hij me de kans gegeven heeft om mijn carrière op te starten, en best wel fier dat ik daarna een eigen onderzoeksgroep uit de grond heb kunnen stampen, zonder dat onze kinderen daar last van hebben gehad. Sterker nog, ik leef met de overtuiging dat de aandacht voor mijn gezin mij ook dagelijks helpt als diensthoofd, bijvoorbeeld bij de aandacht voor de menselijke kant van elk individu.

‘In een plasma kun je niet alles meten, dus modelleren is cruciaal’

Ik heb een ontzettend leuke, en ook wel grote groep van zo’n dertig promovendi en postdocs. Het zijn allemaal positief ingestelde mensen. Dat diploma ‘in de zorgsector’ is het mooiste dat ik heb gekregen, omdat ik er altijd was voor onze kinderen, ook vaak aan de schoolpoort en op woensdagmiddag, en vooral ook toen onze jongste als kleuter leukemie kreeg. Gelukkig is ze nu een gezonde puber. En ja, dat motiveert buitengewoon om kankeronderzoek te willen doen.’

Life sciences is niet het eerste waaraan mensen denken bij de op het oog vrij harde wetenschap van de plasmachemie. Waarom zijn plasma’s relevant voor (bio)medische toepassingen?

‘Plasma is een uniek medium, met mogelijkheden die je in de klassieke chemie niet kunt verwezenlijken. Het is een complexe cocktail van gasmoleculen, ionen, vrije radicalen en losse elektronen. Die deeltjes reageren allemaal met elkaar binnen het plasma en met oppervlakken, zoals levend weefsel, wat aanleiding geeft tot veelbelovende medische toepassingen. Die complexiteit heeft mij aangetrokken vanaf het moment dat mijn promotor het onderwerp ‘plasma’ aan me voorlegde, toen nog voor toepassingen in de analytische chemie. Tot dan was ik er ook niet mee bekend, maar het interesseerde me direct.’

De complexiteit van plasma als ‘vierde aggregatiestoestand’ maakt het moeilijk om het onder controle te krijgen. Hoe krijg je dat voor elkaar?

‘We proberen het plasma beter te begrijpen door modellen te ontwikkelen die het gedrag van de deeltjes beschrijven. Je maakt het macroscopische gedrag van een plasma inzichtelijk door het op moleculair niveau te simuleren. Met experimenten verifieer je de resultaten. In een plasma kun je niet alles meten, dus modelleren is cruciaal. De sterkte van onze groep hier in Antwerpen zit in de combinatie van modelleren en experimenteren.’

Dat klinkt als zeer interessante fundamentele wetenschap. Hoe leg je vervolgens de link met toegepast onderzoek?

‘Onder meer door ons te richten op het verbeteren van plasmabronnen in de geneeskunde en plasmareactoren voor chemische omzettingen. De meest conventionele manier om een plasma te maken is door een potentiaalverschil aan te brengen tussen twee elektrodes in een ruimte waarin zich een gas bevindt. Daardoor ontstaan elektronen, positief geladen ionen en nog meer reactieve deeltjes. Als dat gas CO₂ is, dan blijkt de hoge energie van de elektronen in het plasma in staat om die inerte moleculen op te breken. Dat is veel efficiënter dan in de klassieke chemie, die om veel hogere temperaturen vraagt. Een plasma kan gewoon bij kamertemperatuur ontstaan, terwijl de elektronen erin wel duizenden graden heet zijn. Onder de juiste procescondities kun je de CO₂ omzetten in meer waardevolle moleculen.’

Als de procestechnologie één ding leert, dan is het dat het ontzettend ingewikkeld kan zijn om de juiste condities te vinden. Hoe pak je dat aan?

‘Daar komt modelleren weer om de hoek kijken. Er zijn verschillende types plasmareactoren. Je kunt variëren met de samenstelling van het gas, de druk, het debiet, de plaatsing van de elektrodes en het vermogen dat je erin stopt. De vraag is ook wat je wilt: een optimale conversie van je moleculen of een zo hoog mogelijke energie-efficiëntie? Door vooraf te modelleren, voorkom je dat je via trial-and-error op zoek gaat naar de beste parameters.

We werken bijvoorbeeld aan verbeterde reactordesigns door vloeistofdynamicasimulaties te gebruiken. Zo hebben we een plasmareactor waarin we in het midden een dunne plasmakolom genereren met een temperatuur van 3.000 K. Doordat het plasma niet in aanraking komt met de wand voorkom je warmteverlies. Voor een goede conversie moet je ervoor zorgen dat het gas optimaal interageert met het plasma. Dat is afhankelijk van de manier waarop je het inbrengt en de turbulentie die je zo genereert. We zijn momenteel in staat een mooie vortex te maken.’

Eind vorig jaar sleepte je een ERC Synergy Grant binnen. Prestigieuzere onderzoeksubsidies bestaan er in Europa niet. Wat ga je doen voor die € 10 miljoen?

‘We hebben die subsidie met zijn vieren gekregen: Volker Hessel van de University of Adelaide, Gabriele Centi van de universiteit van Messina, Evgeny Rebrov uit Warwick en ik. Een multidisciplinair team. Ieder krijgt een kwart van dat totaalbedrag om zijn aandeel te realiseren. We willen kijken naar de combinatie van plasma’s en katalysatoren om kleine inerte moleculen, zoals CO₂, stikstof en methaan, om te zetten in nieuwe chemische componenten. Klassiek kost dat veel energie.

Plasma is heel reactief, maar niet echt selectief. Daarom combineren we dit met een katalysator, die selectief de nieuwe moleculen kan maken. Wij willen kijken naar een speciaal elektrode-ontwerp dat het plasma heel dicht bij het katalysatoroppervlak brengt, zodat de plasmadeeltjes effectief met de katalysator kunnen interageren. We willen ook katalysatoren vinden die optimaal presteren in het plasma, en voor synergie zorgen.

We hebben wel ideeën over de katalysatoren die we willen onderzoeken, maar of dat gaat lukken staat nog verre van vast. Daarom is dit onderzoek ook zo interessant. Uiteraard gaan we niet in het wilde weg zoeken. Ook hier gaan we modellen gebruiken om de meest kansrijke materialen en ontwerpen te selecteren.’

Een heel ander terrein waarop je plasma’s inzet, is onderzoek naar kanker. Hoe is dat ontstaan?

‘De reactieve plasmadeeltjes blijken kankercellen selectief te doden. De gedachte dat je een plasma zou kunnen gebruiken om huidkanker te behandelen, ligt dus voor de hand. Bij laboratoriumonderzoek – niet door ons overigens – bleek bovendien dat de reactieve deeltjes ook worden overgezet in een vloeistof, wanneer je ze met plasma behandelt. Dit opent mogelijkheden voor behandeling van tumoren in het lichaam.

Er vormen zich onder meer nitriet, nitraat en waterstofperoxide, maar kennelijk ook andere deeltjes, want met plasma behandelde vloeistof heeft een significant beter effect dan dezelfde vloeistof waaraan uitsluitend die stoffen zijn toegevoegd. We weten alleen nog niet welke deeltjes dat exact zijn. Het plasma heeft een soort magie. Door te modelleren proberen we te achterhalen hoe dat zit.’

Directe behandeling met een plasma zou ook het immuunsysteem activeren.

‘Dat is juist, en daarom zou het kunnen bijdragen aan kankerimmuuntherapie. We onderzoeken dat onder meer met een plasmajet, een buis waar aan het eind een plasmawolk uitkomt. Die richten we op een afstand van enkele millimeters op kankercellen. Als de plasmadeeltjes in aanraking komen met het celmembraan ontstaan daarin poriën, zodat de plasmadeeltjes de cel kunnen binnendringen en moleculen activeren die het immuunsysteem zijn werk laten doen. Samengevat activeert het plasma biochemische paden die de kankercel vernietigen. De manier waarop de kankercel sterft, kunnen we op verschillende manieren meten, bijvoorbeeld met biochemische markers. Door op atomaire schaal het proces te simuleren, proberen we in kaart te brengen hoe je de kanker het meest effectief behandelt.’

 

‘De bestrijding van kanker is voor mij het summum dat ik zou kunnen bereiken’

 

Als tijd en geld geen beletsel waren, waarop zou je je dan graag nog meer willen richten?

‘Ik zou graag een doorbraak bereiken in het kankeronderzoek, er een echte therapie van maken. Voor het klimaatonderzoek geldt hetzelfde – ik zou het graag van laboratoriumschaal naar een pilotproject brengen – maar bijdragen aan de bestrijding van kanker is voor mij toch wel het summum dat ik zou kunnen bereiken. Er is echter nog veel fundamenteel onderzoek nodig, ook om de veiligheid van de kankerbehandeling te garanderen, maar de eerste klinische tests zien er veelbelovend uit.

Vroeger wilde ik graag arts worden om mensen te kunnen helpen. Ik heb soms nog spijt dat ik geen studie geneeskunde heb gevolgd. Maar ik ben ook heel gelukkig met mijn huidige loopbaan, en vind het mooi dat ik daar nu op deze manier alsnog aan bijdraag. Je hoopt toch altijd dat wat je doet maatschappelijk relevant is.’

---

 

CV Annemie Bogaerts

2019: ERC Synergy Grant
2014: benoeming tot gewoon hoogleraar, Universiteit Antwerpen (UA)
2004-2013: docent, hoofddocent en hoogleraar, UA
2004: oprichting eigen onderzoeksgroep Plasmant (Plasma, laser ablation & surface modelling Antwerp)
1997-2004: postdoctoraal onderzoeker, UA
1996: promotie scheikunde, UA
1993: studie scheikunde, UA