'Voor een deel werken wij inderdaad faciliterend'

Monet, de wangen van zijn dochter en het cultuurverschil tussen 'bio's en fysici'. Hans Gerritsen is een veelzijdige natuurkundige die veel 'voorwerk' doet voor biologen. Op hen heeft hij een specifieke kijk: "Biologen zijn bang voor alles waar meer dan één knop op zit."

Met een ruime dosis gevoel voor metaforen zou het symbool kunnen staan voor de positie van Gerritsen. Hij doet keihard natuurkundig onderzoek naar de achtergronden van fluorescentie. Zijn ‘afnemers’ zijn vooral biologen, biochemici en medici.

Gerritsen verricht fundamenteel onderzoek naar real time-opnames of driedimensionale beelden van bewegende moleculen, want de tijd dat wetenschappers blij waren met een groen of rood kleurtje is voorbij. De afnemers gebruiken de geavanceerde fluorescentie-methoden om biologische processen in cellen in beeld te brengen. Boodschapperstoffen in hartcellen bijvoorbeeld of de effecten van hormonen op cellen en in de toekomst wellicht het herkennen van tumorweefsel – de toepassingen van fluorescentie-microscopie zijn legio.

Kwetsbaar

Gerritsen is op de biologie gericht, maar zijn hart ligt bij de natuurkunde. Illustratief is zijn commentaar op een dia uit zijn oratie van 12 februari. Het is de samenvatting van een experiment dat met behulp van fluorescentie aantoont dat de receptor voor een hormoon alleen in bepaalde delen van de celmembraan te vinden is. “Dat vinden mensen mooi.”

De fysicus kent het biomedische jargon en kan haarfijn uitleggen waar het experiment om draait. Maar uiteindelijk gaan de biologen verder met de resultaten en blijft Gerritsen achter bij de natuurkunde. “Voor een deel werken wij faciliterend, inderdaad”, beaamt hij. Af en toe gaat de telefoon en hangt er een biomedicus aan de lijn met de vraag of Gerritsen kan helpen met het in beeld brengen van biologische zaken. Maar er blijven genoeg fundamentele fluorescentie-kwesties over waar Gerritsen zich zelf over moet buigen omdat er geen toepassing voor in zicht is, benadrukt hij.

Gerritsen geeft de voorbeelden over samenwerking met biomedische groepen niet zonder reden. “Het fluorescentie-microscopisch onderzoek is heel erg multidisciplinair. Dat is natuurlijk erg mooi, maar het maakt het ook kwetsbaar. De universiteit bestaat nu eenmaal uit een structuur van faculteiten. En als onderzoek tussen twee faculteiten in valt, dan ligt financiering niet altijd voor de hand. Om het maar diplomatiek te formuleren.”

De samenwerking is ook niet altijd even vanzelfsprekend. "Bij de biologen gebeurt vreselijk interessant onderzoek, er valt ontzettend veel te beleven. Maar je moet wel open staan voor elkaar, er bestaan duidelijke cultuurverschillen tussen beide disciplines. Natuurkundigen hebben de neiging om het fysische deel uit een systeem te halen en dat te onderzoeken. Het biologische deel vinden ze niet interessant. Biologen hebben weer een soort angst voor alles met meer meer dan één knop of voor ingewikkelde formules. Ik geef ook een cursus biofysica aan biologen. Dan begin ik altijd met te zeggen dat ik geen fysica ga geven. Dat is een psychologische truc natuurlijk. Je moet allebei een stap doen, dan kom je er wel."

Zaklamp

Voor de 'verkoop' van zijn onderzoek maakt Gerritsen dankbaar gebruik van de mooie beelden die het oplevert. "Wat denk je dat dit is?", vraagt hij triomfantelijk bij een afbeelding die inderdaad verdacht veel lijkt op een werk van de Franse impressionistische schilder Claude Monet. Pasteltinten, stipjes. Het blijken fluorescerende hersencellen van een muis te zijn.

Maar de fysicus weet ook huis-tuin-en-keuken waarneming in te passen in de uitleg van zijn onderzoek. In een vertederende serie van vier foto’s steekt de dochter van Gerritsen een zaklamp steeds verder in haar mond. Uiteindelijk is van buiten een roodachtig schijnsel te zien. Dat is precies het punt wat Gerritsen met de fotoserie op speelse wijze wil maken. De zaklamp zendt namelijk licht uit dat bestaat uit alle kleuren van de regenboog. Maar alleen rood licht kan door biologisch weefsel - de wang - heen dringen.

Dat gegeven komt van pas bij de laatste ontwikkeling in fluorescentie-microscopie: het maken van driedimensionale plaatjes via een rode laser. In eerste instantie kon fluorescentie-microscopie slechts moleculen zichtbaar maken waar een fluorescente groep aan gekoppeld is. Als je zo’n stof ‘aanslaat’ met energierijk licht zoals ultraviolet, zendt de fluorescente groep licht uit. Denk maar aan het bankbiljet dat de cassière onder de uv-lamp houdt.

De volgende stap was de ontwikkeling van ‘confocale’ microscopie. Door een cel op te delen in verschillende plakjes en in al die plakjes de fluorescentie te meten, kan de computer een driedimensionaal beeld reconstrueren. Hij telt het signaal uit alle plakjes op.

Die methode heeft een nadeel. Om alle plakjes door te meten is in verhouding veel tijd nodig, vele seconden tot minuten. Al die tijd belicht een sterke laser de cellen. Daardoor ‘bleken’ de fluorescerende stoffen, ze raken ‘op’. Rood licht brengt uitkomst. In een bijzondere vorm van fluorescentie worden fluorescerende stoffen met twee rode lichtdeeltjes aangeslagen in plaats van met één ultraviolet deeltje. De kans dat twee rode lichtdeeltjes tegelijk een fluorescente stof aanslaan, is zo klein dat het alleen gebeurt in het brandpunt van een rode laser. Alleen daar is de concentratie van rode lichtdeeltjes hoog genoeg.

Dan komen de handige eigenschappen van rood licht om de hoek kijken. Zoals het door de wang van Gerritsen’s dochter dringt, zo kan de rode laser wel een centimeter ver in weefsel schijnen. En omdat alleen in het brandpunt van de laser, een piepklein puntje, fluorescentie optreedt, ontstaat er geen bleking. Daardoor is het mogelijk een driedimensionaal beeld van een cel te maken.

Laag stof

Gerritsen laat een filmpje van een kloppende hartcel zien dat op het Hubrechtlaboratorium gemaakt is. In de cel zijn calcium-ionen, die het ‘samentrek-signaal’ doorgeven, fluorescent gelabeld. Als de cel samentrekt, is dat te zien als een rode golf die door de cel spoelt. Sinds de jaren negentig - destijds een grote doorbraak - is het op die manier mogelijk om zo’n proces in één enkele cel zichtbaar te maken.

Bij de faculteit Diergeneeskunde hebben ze al enige tijd geavanceerde microscopen staan. Bij de apparaten die voor routineonderzoek ingezet worden, hebben ze een beheerder aangesteld. "Anders wordt het een zooi", stelt Gerritsen. Hij kent ook een verhaal van een onderzoeksgroep die een dure microscoop aanschafte maar niet goed wist hoe het te gebruiken. En ze hadden niemand ingehuurd om het apparaat te bedienen. De techniek achter de microscoop was nog zo nieuw dat het wel mogelijk was er beelden mee te maken, maar niet zonder hulp van iemand die precies wist hoe het in elkaar zat. Ze hadden een natuurkundige nodig, kortom. Gerritsen: "Het was geen push button-apparaat. Het staat nu in het lab onder een dikke laag stof."