In celtechnologie is de vraag ‘wat is afgeleverd?’ niet voldoende. Minstens zo belangrijk is waar en wanneer het afgeleverde begint te werken. Onderzoekers stellen voor dit probleem met licht op te lossen: biologisch actieve eiwitten werden verpakt in microscopisch kleine capsules, waarna een laserpuls hun vrijmaking in voorlopercellen van zenuwweefsel op gang bracht. Het werk is gepubliceerd op 9 oktober in Scientific Reports.
De capsules kun je je voorstellen als piepkleine pakketjes met een slot dat door licht wordt geopend. Hun diameter bedroeg ongeveer 1,7 micrometer. Binnenin werden twee eiwitten verpakt: BDNF, de neurotrofe factor van de hersenen, en NeuroD1, een transcriptiefactor die de cel helpt de weg naar verandering in een neuron in te slaan. De cellen namen de polymere capsules zelf op. Vervolgens richtten de onderzoekers de laser op een gekozen plek, en de inhoud kwam precies daar vrij, niet in het hele monster.
In laboratoriumproeven beïnvloedde een dergelijke lokale activering de differentiatie: de voorlopercel verwierf geleidelijk de eigenschappen van een gespecialiseerde cel. Nu kan dit proces gericht op gang worden gebracht, in de gewenste cel en op het gewenste moment.
De wetenschappers vergeleken twee bestralingsmodi: eenfotonige en tweefotonige excitatie. Bij goed gekozen parameters overleefden de cellen. De tweefotonige variant is bijzonder handig: het effect ontstaat alleen in een piepklein focus, met een volume kleiner dan een micrometer, waardoor de werking zeer nauwkeurig kan worden gelokaliseerd.
Er is ook een praktisch voordeel: de capsules kunnen worden waargenomen. Volgens de gegevens in het artikel bleef hun fluorescentiesignaal twee weken lang waarneembaar in de cellen, zodat de afgeleverde dragers in de tijd kunnen worden gevolgd. Een qua opzet verwant werk met fotoconverteerbare polymere capsules ging verder: de onderzoekers volgden afzonderlijke neurale cellen, en de capsules bleven tot vijf weken stabiel in hun binnenste. De fotoconversie werkte in dat werk zowel bij eenfotonige als bij tweefotonige bestraling.
De grootste waarde van de aanpak is de beheersbaarheid. Als je op een gekozen punt en op een bepaald moment een signaal kunt geven, ontstaat een instrument om de ontwikkeling van zenuwcellen te bestuderen: het wordt duidelijker hoe een afzonderlijke cel op de prikkel reageert en hoe haar verdere lot verandert.
Het idee zelf is niet nieuw. In 2015 liet de groep van Norbert Reich van de Universiteit van Californië in Santa Barbara zien dat holle gouden nanodeeltjes en een nabij-infraroodlaser de vrijmaking van een eiwit in een cel zowel naar plaats als naar tijd kunnen sturen. De resultaten verschenen in het tijdschrift Molecular Pharmaceutics. Nog een voorbeeld: BDNF, verpakt in nanodeeltjes, kwam vrij onder invloed van een infraroodlaser met een golflengte van 808 nm en ondersteunde de groei en differentiatie van menselijke neuronale voorlopers in cultuur. Daarbij bleek infrarood licht aanzienlijk minder toxisch dan ultraviolet, dat in hetzelfde werk werd getest.
Vandaag is het onderwerp bijzonder actueel: op 5 oktober 2026 werd de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde toegekend aan Karl Deisseroth, Peter Hegemann en Georg Nagel voor ontdekkingen rond lichtgestuurde ionenkanalen en optogenetica — een methode om de activiteit van zenuwcellen met licht te sturen. Research and innovation De oorsprong van dit verhaal voert terug tot de eencellige alg Chlamydomonas reinhardtii: Hegemann, Nagel en hun collega’s onderzochten haar lichtgevoelige eiwitten — kanaalrhodopsinen, die werken als ionenkanalen die onder invloed van licht opengaan. In 2005 toonden Deisseroth en medeauteurs aan dat het inbrengen van kanaalrhodopsine-2 in neuronen het mogelijk maakt hun elektrische activiteit met korte pulsen blauw licht op gang te brengen.
Beide benaderingen gebruiken licht om cellen nauwkeurig te beïnvloeden: optogenetica stuurt hun elektrische activiteit, en de onderzochte microcapsules de vrijmaking van eiwitten.
Het onderzoek opent het perspectief van een nauwkeuriger sturing van de ontwikkeling van zenuwcellen. In proeven op celcultuur toonden de wetenschappers aan dat licht eiwitten plaatselijk kan vrijmaken, waarbij de cellen bij goed gekozen parameters in leven blijven. De volgende fase is het bestuderen van de aflevering van capsules in levend weefsel, manieren van lichtactivering in het organisme en de veiligheid van de methode op lange termijn. Deze onderzoeken zullen helpen de mogelijkheden ervan voor toekomstige celtherapieën te beoordelen. Al vandaag biedt het platform wetenschappers een waardevol instrument: de mogelijkheid om te observeren hoe een afzonderlijke cel op een signaal reageert en hoe haar verdere ontwikkeling verandert.
