/Voorpagina /Mensen /Nieuws /Opinie /Cultuur /Studentenleven /Achtergrond /English page /Onderzoek /Reportage /Bestuur /Ruis /Ranzigt /Colofon

/Faculteits Berichten /Vacatures /Mensa /Oude cursors /pdf formaat /TUE /Zoeken:

jaargang 43, 5 oktober 2000 Achtergrond

Bio-engineering: wetenschap van de toekomst Bio-engineering/Brigit Span De bio-engineering universiteit. Zo wil de TU/e zich graag profileren. Bio-engineering is het nieuwste initiatief aan de TU/e en er wordt veel, heel veel, van verwacht. Het wordt wel dë wetenschap van de toekomst genoemd. Een nieuwe faculteit komt er niet; er wordt gewerkt vanuit de bestaande onderzoeksgebieden binnen de verschillende faculteiten. “Bio-engineering aan de TU/e geeft een nieuwe dimensie aan dingen waar we al sterk in zijn”, zegt prof.dr. Bert Meijer. De TU/e wil zich op allerlei vlakken gaan bezighouden met moleculen die betrokken zijn bij processen in het menselijk lichaam. De juiste term hiervoor is bio-engineering, al doen ook andere benamingen de ronde, zoals biotechnologie en ‘het bio-initiatief’. “Bij biotechnologie denken mensen aan het genetisch manipuleren van dieren en voedsel, maar dat gaan we hier niet doen”, zegt prof.dr.ir. Jan Janssen, decaan van de faculteit Biomedische Technologie (BMT). Wat dan wel, is de logische wedervraag. “We bekijken op allerlei niveaus processen in het menselijk lichaam.” Dat kan ‘natuurlijke’ hartkleppen betreffen, maar ook enorme rekenmachines die helpen het menselijk DNA in kaart te brengen of het maken van afbreekbare polymeren. Veelbelovend De eerste aanzet tot bio-engineering aan de TU/e begon tweeënhalf jaar geleden met een gesprek tussen de decanen en het College van Bestuur. Hierin werden de veelbelovende wetenschapsgebieden van de toekomst besproken. Onder die veelbelovende gebieden valt behalve bio-engineering ook ICT en nano-technologie. “Met ICT en nano-technologie zijn we al flink bezig aan de TU/e”, zegt collegevoorzitter dr.ir. Henk de Wilt. Bleef bio-engineering over, een gebied waar veel potentie in zit voor de toekomst en dat steeds meer in de belangstelling komt. Het CvB gaf onderzoeksbureau Arthur D. Little de opdracht in kaart te brengen hoe het in Nederland staat met bio-engineering. Er moest een brede veldanalyse worden gemaakt, worden gekeken wat er aan andere Nederlandse en buitenlandse universiteiten al aan gedaan wordt en er moest duidelijk worden hoe de industrie staat tegenover bio-engineering. Uit het onderzoek bleek dat er genoeg gebieden waren waar de TU/e iets mee zou kunnen doen. De vraag was of dat in een nieuw op te richten faculteit moest gebeuren, of op gebieden waar de TU/e al sterk in is. Het werd het laatste. “Zo doen wij niet aan gentechnologie, want dat doen al grote groepen over de hele wereld. In Delft zijn ze daar ook mee bezig. En we gaan ook niet aan de biologiekant zitten. Nee, wij sluiten aan op onze sterke punten en bouwen die uit.” Aan het eind van 2000 moeten er zes mensen zijn aangesteld die zich met bio-engineering gaan bezighouden. “Na een gedegen voorbereidingsperiode gaan we nu echt snel aan de slag”, zegt collegevoorzitter De Wilt. Voor de studenten zal het nog twee jaar duren voordat ze echt iets merken van dit initiatief en er mee aan de slag kunnen. Maar met onderzoek wordt zo snel mogelijk begonnen. Drie hoogleraren -Bert Meijer (Scheikundige Technologie), Frank Baaijens (Werktuigbouwkunde) en Peter Hilbers (Informatica)- gingen aan de slag met bio-engineering. Zij kwamen tot de conclusie dat het verstandig is het bio-initiatief te koppelen aan de faculteit Biomedische Technologie (BMT). “Dat is de kern van waaruit we gaan werken”, maar met uitstapjes naar de andere faculteiten, zoals Scheikundige Technologie, Werktuigbouwkunde en Informatica, waar ook veel wordt samengewerkt op dit gebied. Het startpunt voor bio-engineering is de drie jaar oude faculteit BMT van de TU/e. “Bestuurlijk wordt alles bij BMT gelegd”, zegt decaan Janssen. “Aanvankelijk was het de bedoeling om in elke betrokken faculteit een deel onder te brengen, maar op die manier moest er te veel worden overlegd. Nu mag bio-engineering groeien vanuit BMT.” Die twee onderzoeksgebieden liggen heel dicht bij elkaar, blijkt uit het gesprek met Janssen. Toch zijn er verschillen. “Robothanden bijvoorbeeld horen bij BMT, niet bij bio-engineering. Het maken van een hartklep waar je met levende cellen een vlies op laat groeien weer wel.” Verdiepen De TU/e gaat zich in drie gebieden verdiepen: tissue-engineering, bio-informatics en protein-engineering. In de begroting van 2000/2001 was al geld vrijgemaakt voor het invullen van onderzoeksplaatsen en het aanstellen van hoogleraren voor nieuwe onderzoeksgebieden. Die hoogleraren zijn echter niet gevonden. De drie professoren hebben geschikte mensen gezocht, maar vonden niemand bereid naar Eindhoven te komen. “Het gebied is zo in ontwikkeling, dat het moeilijk is om <f"Scala-Italic">hotshots<f$> hier naar toe te halen”, ervoer prof.dr.ir. Frank Baaijens. “In bio-engineering is de vraag naar goede mensen veel groter dan het aanbod”, zegt De Wilt. Wat niet betekent dat het aantrekken van nieuwe hoogleraren van de baan is. “Dat willen we nog steeds, maar als ze er niet zijn, houdt het op.” Als oplossing worden jonge, veelbelovende gepromoveerden aangetrokken, zo’n vier tot zes. “Daarmee volgen we dezelfde strategie als Stanford University in Amerika. Zij nemen jonge mensen aan, die vijf jaar lang meelopen op dit gebied en zich ontwikkelen”, zegt Baaijens. De zogenoemde <f"Scala-Italic">fellows<f$> moeten prestige opbouwen op het bio-gebied voor de TU/e, zodat gevestigde namen alsnog hier naartoe willen komen. Als de jonge onderzoekers zich goed ontwikkelen, kunnen zij worden aangesteld aan hoogleraar op hun vakgebied.

Bio-informatica Bio-informatica is het vakgebied van de informatica dat zich richt op het verzamelen, opslaan, verwerken en analyseren van data van biologische systemen. Aan de hand van gegevens van reeds bekende biomoleculen en structuren richt het bio-informatica onderdeel van het bio-engineering initiatief aan de TU/e zich op het ontwikkelen van computationele methoden en technieken voor het bepalen, optimaliseren en voorspellen van eigenschappen van biomaterialen.Twee technieken zullen daarbij onder meer gebruikt gaan worden: datamining en moleculair modelleren. In de datamining wordt in bestaande databases gezocht naar informatie over materialen en moleculen met bijvoorbeeld een gewenste eigenschap. Daar komt vaak tegenstrijdige informatie uit naar voren. Enerzijds kan dat een gevolg zijn van de onvolledigheid en onbetrouwbaarheid van de informatie, anderzijds kan de vraagstelling bewust niet specifiek genoeg zijn. Nieuwe methoden en technieken zijn nodig om met dit soort onvolkomenheden om te kunnen gaan. Bij het moleculair modelleren van grote bio- en supramoleculaire systemen wordt een mathematisch model gemaakt. Daarbij wordt van computersimulaties gebruik gemaakt om te onderzoeken hoe een structuur functioneert. Met behulp van technieken uit de statistische mechanica worden deze systemen onderzocht op zowel dynamische als evenwichtseigenschappen. Het doel is zowel vragen over bestaande biologische moleculaire systemen op te helderen als te voorspellen wat het gedrag van een systeem is. Het bio-informatica initiatief is voor een deel geïnspireerd op DNA, het genoom, onderzoek. De identificatie van DNA is niet het zwaartepunt voor het TU/e-onderzoek, zegt prof.dr. Peter Hilbers van Informatica. “Het DNA in kaart brengen, is pas stap ëën. De identificatie van het menselijk genoom is te vergelijken met een heel groot boek, waarvan we alle bladzijden hebben gedetermineerd. Dat betekent niet dat we de precieze inhoud kennen of weten hoe we die moeten interpreteren. De bio-informatica is een hulpmiddel bij het interpretatieproces. Er zitten drukfouten in het DNA-boek, die we met behulp van computersystemen en simulaties proberen te identificeren. We kijken naar de structuur en de interactie daarvan met een bepaalde omgeving. Daarvoor is een verdere ontwikkeling van technieken nodig die in een bio-omgeving toegepast kunnen worden." Onderzoek is nu het eerste aandachtspunt voor Hilbers. Daaruit zal vrijwel automatisch ook een bio-informatica onderwijscomponent volgen. “Een nog open vraag is hoeveel kennis informaticastudenten van biologische systemen moeten hebben en op welke wijze ze die kennis moeten vergaren.” Protein-engineering De natuur gebruiken om tot nieuwe technologieën te komen. Dat is wat Scheikundige Technologie gaat doen met het bio-initiatief protein-engineering. De coördinatie is in handen van prof.dr. Bert Meijer. Eiwitten (proteïnes) nemen een centrale plaats in in het functioneren van de natuur en ze lenen zich bij uitstek voor een technologische benadering. “We zullen principes van de natuur gebruiken om nieuwe katalysatoren en biomaterialen te maken. Momenteel zijn we al actief in het associëren van eiwitten middels de zogenoemde supramoleculaire chemie, waardoor synergie in de activiteit van de eiwitten gebracht kan worden. Bijvoorbeeld: het naast elkaar brengen van twee enzymen kan aanleiding geven tot een efficiënte cascade van chemische reacties; een supramoleculaire biokatalyse”, aldus Meijer. Bij protein-engineering worden eiwitten of delen ervan ontworpen en gemaakt. Door de enorme ontwikkelingen in de moleculaire biologie is het mogelijk om deze niet-natuurlijke eiwitten toch door een bacterie of middels vergisting te maken. Hierdoor komen nieuwe eiwitten of fragmenten beschikbaar die nog nooit eerder gemaakt werden. Behalve op biokatalyse zal de nadruk liggen op biomedische toepassingen. Hierbij wordt gedacht aan biosensoren, biomaterialen en synthetische vaccins. Een eerste aanzet is reeds gemaakt. Zoals het gebruik van dendrimeren, hoog vertakte bolvormige macromolen, voor <f"Scala-Italic">drug delivery<f$>. Deze nanodeeltjes kunnen geladen worden met bioactive moleculen, die op commando vrij gemaakt kunnen worden. “Door deze dendrimeren te voorzien van eiwit fragmenten hopen we op de syntheses van synthetische vaccins.” “Een tweede activiteit die we graag willen opzetten is modelleren aan zowel supramoleculaire aggregaten als biomacromoleculen. Dat willen we samen doen met de nieuw te formeren groep bio-informatica. Hierbij is de uitdaging het kunnen modelleren op verschillende lengteschalen; zowel simpele kleine moleculen als ook verzamelingen van grote (bio) macromoleculen. Dit is een enorme modelleeruitdaging”, vindt Meijer. “We kijken al lang op experimentele wijze naar de interactie tussen grote macromoleculen, maar nu gaan we dat ook met biomacromoleculen doen. Ook gaan we experiment en modelleren vergelijken.” Een ander aandachtsgebied binnen het bio-initiatief is nano-technologie. Hierbij wordt op nanoschaal (een miljardste deel) gekeken naar hoe cellen groeien op een oppervlak met eiwitten. “De weefsels die de cellen maken, hebben een bepaalde oriëntatie, groeien naar een bepaalde kant toe”, zegt prof.dr.ir. Frank Baaijens. “In de heel verre toekomst kun je dan denken aan het maken van lagen van een hart met deze weefsels. Want een hart is een spier en spieren zijn op een heel specifieke manier georiënteerd in de lengterichting.” Dit onderzoeksgebied ligt tussen tissue-engineering van professor Baaijens en molecular-engineering van professor Meijer in, vandaar dat ze hier beiden bij betrokken zijn. Tissue-engineering Tissue, het Engelse woord voor weefsel, staat centraal in deze poot van bio-engineering. Tissue-engineering, het vervangen of repareren van ziek of beschadigd weefsel in het menselijk lichaam, is een zich snel ontwikkelend gebied. Prof.dr.ir. Frank Baaijens is als hoogleraar hierbij betrokken. “Bio-mechanica is een klassiek onderdeel van Werktuigbouwkunde. Dat bestaat nu uit drie gebieden, te weten soft tissue mechanics, cardio vascular fluiden bone biomechanics. Bij soft tissue mechanicswordt gekeken naar de mechanische eigenschappen van zachte weefsels, zoals de huid, spieren en het hart. Bij cardio vascular fluidhoort alles wat met bloedstroming te maken heeft en bone biomechanicsgaat over de botten in het menselijk lichaam en hoe die worden belast door bewegingen. Op al deze gebieden wordt bio-engineering toegepast. Baaijens houdt zich bezig met de eerste twee gebieden. “In de toekomst worden bijvoorbeeld hartkleppen en protheses, die nu nog van kunststof zijn, tissue-engineered. Dat wil zeggen dat we er natuurlijke weefsels op laten groeien. Dat wordt de toekomst.” Ook bij kleine bloedvaten gaat het die kant op. “Zo wordt er al op veel plaatsen geprobeerd een natuurlijk bloedvat te maken, ook op de TU/e. Het is een voordeel dat we veel kennis hebben over mechanica, dus hoe zo’n vat eigenlijk werkt en reageert op bepaalde dingen.” “Gebieden die we al hebben, sluiten nauw aan bij bio-engineering. De klassieke protheses die nu nog van polymeren worden gemaakt, moeten uiteindelijk worden vervaardigd met natuurlijk materialen. Onze focus ligt daarbij op weefsels met een belastingdragende functie. Die maken we ‘bio’. We maken dus geen tissue-engineered pancreas als prothese. Wellicht gaan we wel werken aan apparaten die het mogelijk maken zoiets te fabriceren.” Behalve het maken van implantaten, zoals bloedvaten en hartkleppen, wordt er ook onderzoek gedaan naar de belasting van weefsels buiten het menselijk lichaam. Zo groeit er momenteel een spier. In het cellaboratorium wordt bekeken hoe deze reageert op belasting. Datzelfde gebeurt met bloedvaten. “Je moet begrijpen wat er gebeurt in zo’n bloedvat, voordat je er wat mee kunt doen”, zegt Baaijens.