DNA als supramoleculaire bouwsteen
Promovendus Willem Noteborn deed onderzoek naar supramoleculaire structuren. Die kunnen bijvoorbeeld nuttig zijn voor het laden van medicijnen of signaalmoleculen voor bijvoorbeeld cellulaire differentiatie. In zijn proefschrift beschrijft hij de werking.
Nanoschaal en netwerken
Noteborn vertelt enthousiast: ‘Het idee is dat we materialen maken op de nanoschaal die uiteindelijk structuren kunnen vormen die deze zeer kleine schaal kunnen overtreffen, tot op het oog zichtbare groottes. Ik heb gekeken naar hoe bepaalde componenten structuren vormen en wat de eigenschappen zijn van die structuren. Dat is het grote thema van mijn proefschrift: supramoleculaire chemie, bestemd voor medische toepassingen en diagnostiek.’
Supramoleculaire polymeren zijn als het ware ketens van blokjes die niet covalent aan elkaar vast zitten, dus bijvoorbeeld met waterstofbruggen en vanderwaalskrachten. Noteborn maakt gebruik van zowel individuele polymeer ‘fibers’ als grotere netwerken waar hij bijvoorbeeld cellen in kan laten groeien. Hij deed veel onderzoek naar superabsorberende hydrogels, gemaakt van dit soort synthetische polymeren.
Magneten
In verschillende experimenten heeft Noteborn gebruik gemaakt van DNA. Hij legt uit: ‘Ik werk veel met DNA. Dat kent iedereen van de klassieke rol in de genetica en de biotechnologie. Maar ik ga nog veel stappen verder dan de synthetische biologie door DNA te zien als een bouwsteen.’ In de natuur komen in dubbelstrengs DNA altijd de combinaties van de complementaire nucleobasen adenine en thymine, en cytosine en guanine voor, legt hij uit. Van die eigenschap maakt hij handig gebruik. ‘Je kunt een adenine als het ware plakken aan een thymine en een cytosine aan een guanine. Hierdoor zullen deze werken als een soort magneten. Met deze eigenschappen kun je dus allemaal leuke trucjes doen.’
Gouden balletjes
In één van zijn modelsystemen maakt Noteborn gebruik van een supramoleculair polymeer met daarop DNA-strengen voor het selectief laden en lossen van nanometergrote gouden deeltjes (zie figuur 1). Wanneer deze polymeren gemengd worden met DNA-gefunctionaliseerde gouden balletjes, zullen deze zich binden aan een DNA-streng op het polymeer. Hierdoor zijn gouden balletjes te zien op het polymeer.
Door een losse, meer complementaire DNA-streng toe te voegen, zullen de gouden balletjes met DNA-strengen loslaten van het polymeer, aangezien deze beter binden met het losse DNA dan met het supramoleculaire polymeer. Hierdoor zijn gouden balletjes niet meer te zien op het polymeer en kunnen er hierna kleinere gouddeeltjes op geladen worden.
Bewondering voor wetenschap
Noteborn heeft altijd al interesse gehad in de biologie en de chemie. Zijn vader Mathieu Noteborn is hoogleraar biochemie aan de Universiteit Leiden. Willem Noteborn: ‘Al sinds mijn vierde loop ik in het lab rond. De omgeving was niet nieuw voor me. Ik had veel bewondering voor Watson en Crick, twee van de ontdekkers van DNA.’
Noteborn volgde de bachelor- en masteropleiding Life Science & Technology. Hij liep eerst stage bij zijn latere promotor, Alexander Kros. Na een biotechnologische masterstage bij de onderzoeksgroep van Gilles van Wezel over Streptomyceten begon hij zijn promotie bij Roxanne Kieltyka en Alexander Kros.
Toepassingen
Noteborn heeft in zijn onderzoek ook maatschappelijk nut meegenomen, vertelt hij. ‘Mijn onderzoek is fundamenteel, maar het is noodzakelijk om uiteindelijk tot een maatschappelijke toepassing te komen. Ik denk dat een hoop van dit soort modelsystemen niet direct toegepast gaan worden, maar veel aspecten kunnen heel eenvoudig breed geïmplementeerd worden. We zijn nog niet klinisch bezig met ons onderzoek.’ Maar, besluit hij, de supramoleculaire chemie is een snel groeiend vakgebied. In de toekomst zullen de systemen zeker toepassingen vinden in de geneeskunde.
Willem Noteborn promoveert op 11 december op zijn proefschrift Supramolecular polymer materials for biomedical applications and diagnostics.