Je promoveert in de polymeerchemie, hoe leg je dan aan wetenschappelijk minder onderlegde vrienden en kennissen uit wat je nu eigenlijk doet? Rutger Knoop (34) heeft daar overduidelijk goed over nagedacht. Op de voorkant van zijn proefschrift prijken naalden, zwart naaigaren, een paar knopen en vijftien veertjes die hij uit balpennen sloopte. Zo moet ook een kleermaker (of balpennenfabrikant) duidelijk worden wat Knoop met zijn collega’s in het lab hebben gefabriceerd.

De naald staat voor de initiator, het stofje dat de reactie op gang brengt, legt Knoop uit. Het naaigaren moet polystyreen voorstellen, het plastic waaruit koffiebekertjes worden gemaakt. De springveertjes symboliseren het belangrijkste product van zijn onderzoek: een keten van aminozuren - de bouwstenen van eiwitten. “En met de knopen worden de losse stukken koffiebekerplastic met elkaar verknoopt.”

Het naaigaren, de springveren en de knopen vormen een moleculair complex, een pakketje waarin in de toekomst geneesmiddelen kunnen worden opgeslagen. Daar is het onderzoek uiteindelijk op gericht, vertelt Knoop: “Het gaat om zogeheten ‘stimuli-responsive drug delivery’, een methode waarbij medicijnen precies op de juiste plek in het lichaam gebracht worden.”

De kunst is om de springveren zo te maken dat het geneesmiddel automatisch vrijkomt als het pakketje in een omgeving met een bepaalde zuurgraad terecht komt. “Tumorcellen hebben een hogere zuurgraad dan gezonde cellen. Als het pakketje een tumorcel tegenkomt, zou hij daar zijn inhoud moeten dumpen en zo de cel onschadelijk maken.” Zo ver is het helaas nog lang niet, maar Knoop denkt wel een mooie stap in de goede richting te hebben gezet.

Om van nut te zijn bij de bestrijding van kanker, moeten de springveren -aan de buitenkant van het medicijnpakketje- oplosbaar zijn in water (en bloed) en reageren op de zuurgraad van de omgeving. Een spiraalvormige keten van aminozuren blijkt aan beide eigenschappen te voldoen. Bovendien zijn aminozuren lichaamseigen stoffen, waardoor de kans op afweerreacties van het lichaam kleiner is dan bij gebruik van kunststof.

Maar als je de aminozuren en naaigaren samen in een bekerglas gooit, krijg je niet zomaar de benodigde structuur met naaigaren in het midden en een ster van springveren daaromheen: eerst moeten enkele tientallen aminozuren zich ordenen in de vorm van een zogeheten alfahelix: de springveer in de representatie van Knoop. Maar er is nog een vereiste: “De springveren moeten allemaal vrijwel even lang zijn. Anders rangschikken ze zich niet op de juiste manier.”

Bij het maken van de springveren moet je daarom voorkomen dat de aminozuren zich in andere vormen -bijvoorbeeld in ringvorm- met elkaar verbinden. Veelgebruikte hulpmiddelen daarbij zijn volgens Knoop de -giftige- metalen nikkel en kobalt. “Daar zijn wij in eerste instantie ook mee begonnen, maar dat bleek toch minder goed te werken dan we hadden gedacht. Bovendien moet je bedenken dat het eindproduct geschikt moet zijn als geneesmiddel en dan wil je liever niet dat er nog resten nikkel of kobalt in zitten.”

Toen kwam Knoop met waarschijnlijk het belangrijkste idee uit zijn promotieperiode: “Een algemeen chemisch principe luidt dat je de selectiviteit van een reactie kunt vergroten door de reactiviteit te verlagen. Omdat we een hoge selectiviteit nodig hadden -alle aminozuurketens moeten vrijwel even lang zijn-, besloot ik de temperatuur van de oplossing waarin de reactie plaatsvond sterk te verlagen. Eerst naar twintig graden Celsius en uiteindelijk naar nul graden.”

Die stap bleek het ei van Columbus. Er werd gekozen voor een oplosmiddel dat niet stolde bij die lage temperatuur -dimethylformamide (DMF)- en na drie dagen roeren bij een temperatuur rond het vriespunt bleken de springveren van de juiste lengte. “Ze zijn niet allemaal exact even lang, maar we kunnen ze nu zo maken dat alle veren zijn opgebouwd uit tussen de 35 en 43 aminozuren. Dat is goed genoeg. En DMF als oplosmiddel kan ook hoge temperaturen aan, wat betekent dat we de volgende chemische stap, bij 125 graden, gewoon in hetzelfde potje kunnen uitvoeren. We hebben het hele proces nu van A tot Z onder controle. Daar ben ik heel trots op.”

Knoop werkt inmiddels als onderzoeker bij de researchtak van de Wageningen Universiteit, maar zijn collega’s zijn nog druk bezig met de vervolmaking van de ‘bio-hybride’, zoals de stervormige medicijnhouders ook wel wordt genoemd. “Eigenlijk wil je het koffiebekerplastic vervangen door een ‘biologisch’ alternatief. En er valt nog veel te sleutelen aan de springveren om ze op precies de juiste zuurgraad te laten reageren.”/.