“Het heeft wat weg van zo’n puzzel voor kleine kinderen, waarbij alleen blokjes met een bepaalde vorm door gaten in een doos passen.” Op haar kantoor op de afdeling Sensor Engineering van de faculteit Science and Engineering (FSE) tekent Arreguin Campos op een kladblok een recht oppervlak met kleine inkepingen. “Zo werken onze sensoren ook: alleen specifieke moleculen of microben passen in die gaatjes. Als ze aanwezig zijn en contact maken, levert dat een signaal op.”
Het principe is niet nieuw. Onder meer zelftesten voor corona en zwangerschap maken er gebruik van. “Op onze afdeling onderzoeken we het voor allerlei toepassingen”, vertelt de Mexicaanse. “Niet alleen medisch, maar bijvoorbeeld ook voor het opsporen van chemische stofjes of ziekteverwekkers in voedsel.” Tijdens haar promotieonderzoek werkte ze bijvoorbeeld aan een sensor voor bacteriën in een apparaat voor verse smoothies. “Het uitdagende is dat – hoewel ze allemaal gebruikmaken van hetzelfde idee – sensoren qua ontwerp enorm kunnen verschillen, afhankelijk van wat je wil meten.”
Voor de ‘smoothiebacteriën’ werkte ze bijvoorbeeld met een verwarmingsplaat onder het oppervlak met de inkepingen. “De warmte stijgt door die gaatjes omhoog. Maar als er bacteriën in gaan zitten, dan blokkeren ze die warmtestroom. Dat zorgt aan de andere kant van het oppervlak voor een meetbare temperatuurdaling. Dit werkt heel anders dan bijvoorbeeld een coronatest, waarbij het draait om stofjes die voor een verkleuring zorgen.”
Brazilië
Een samenwerking tussen haar onderzoeksgroep en de Federale Universiteit van Minas Gerais in Brazilië trok – na haar promotie, ze was inmiddels postdoc – haar aandacht. “Malaria is daar een groot probleem, er was al eens gesproken over het idee voor een malariasensor. Maar we wisten nog niet echt een goede aanpak. Ik dacht: het systeem voor de smoothiemachine zou hier ook best weleens kunnen werken.”
Illustratie: Simone Golob
Immers: malaria wordt veroorzaakt door parasieten die binnendringen in rode bloedcellen, welke vervolgens opzwellen en een stekelig oppervlak krijgen. “Die cellen zijn ongeveer even groot als bacteriën, dus je zou een vergelijkbare sensor kunnen ontwikkelen. Met inkepingen waarin de geïnfecteerde, stekelige cellen passen, maar de gezonde, ‘gladde’ cellen niet. In plaats van de smoothie, laat je een bloedmonster door de sensor stromen.”
Zoiets zou met name in afgelegen en arme gebieden in onder meer Afrika en Brazilië een wezenlijk verschil kunnen maken. “Laboratoria voor malariatests liggen vaak ver weg, waardoor mensen zich meestal pas laten testen als de symptomen verergeren. Terwijl je het veel beter kunt behandelen als je er vroeg bij bent. Het voordeel van een sensor is dat deze veel goedkoper kan zijn, makkelijker te vervoeren, en er hoeft geen uitgebreid getrainde laborant bij te zijn. Je kunt de malariatest naar de patiënt toe brengen.”
Er bestaan wel al zelftests, maar die worden vaak als minder accuraat en vrij prijzig gezien, zegt Arreguin Campos. “Die meten malaria indirect, aan de hand van zogeheten biomarkers. Daar heb je dure materialen voor nodig, terwijl onze biosensor gemaakt kan worden van simpel plastic. Bovendien reageren ze minder goed op gemuteerde parasieten – net zoals coronatests minder gevoelig waren voor nieuwe varianten. De sensor zal daar waarschijnlijk geen last van hebben, omdat deze zich direct richt op geïnfecteerde bloedcellen.”
Parasieten kweken
Twee jaar geleden ontving Arreguin Campos geld van wetenschapsfinancier NWO om haar idee uit te werken. “Een beperkte subsidie, puur om uit te zoeken of het werkt in de praktijk. We hadden namelijk geen idee.” Binnen een aantal maanden lukte het om het apparaatje te ontwikkelen. “Met dank aan de enorme kennis over malariaparasieten van de Braziliaanse collega’s. Die kwam onder meer van pas bij het creëren van de inkepingen, die de vorm moeten hebben van de geïnfecteerde bloedcellen. Je maakt daarbij daadwerkelijk een mal door de cellen te bedekken met een vloeibare kunststof. Daarvoor moet je weten hoe je de malariaparasieten kweekt, geïnfecteerde cellen isoleert en in leven houdt tijdens het maken van de mal – dode cellen veranderen namelijk van vorm. Als we dat alleen hadden moeten doen, had het waarschijnlijk jaren geduurd.”
In de zomer van 2024 volgde een trip van een maand naar de laboratoria in Minas Gerais om de proef op de som te nemen. “Ze hebben daar veel ervaring met het kweken van parasieten in bloedmonsters.” De sensor werkte als gehoopt: bij geïnfecteerd bloed was er een duidelijk signaal, zelfs als er nog maar weinig malariaparasieten in het bloed zaten – belangrijk voor vroege opsporing van de ziekte. Op gezond bloed reageerde de sensor niet.
Niet loslaten
Een succes, maar wel slechts een “eerste stap”, zegt Arreguin Campos. “We zouden graag nog tests willen doen in malariagebieden, met bloedmonsters die direct afkomstig zijn van geïnfecteerde patiënten. En experimenten met andere soorten malaria: we hebben nu alleen gewerkt met de meest voorkomende parasiet. Bovendien hebben rode bloedcellen in vroege stadia van de ziekte een andere vorm. Wellicht kunnen we dit combineren, zodat de sensor gevoelig is voor al deze variaties.” Een andere uitdaging: de sensor – nu nog het formaat van een laptop – kleiner maken, en dus makkelijker te verplaatsen. “Misschien kunnen mensen ‘m uiteindelijk zelfs thuis gebruiken, maar dat is echt afwachten.”
Veel plannen dus, maar daar is financiering voor nodig. “Daar zijn we nu hard naar op zoek. Je merkt dat het een lastig onderwerp is. Omdat malaria hier niet voorkomt, voelt het minder relevant voor financiers. Subsidie voor bijvoorbeeld sensors voor voedselveiligheid krijg je vaak makkelijker. Terwijl malaria wereldwijd wel een enorm probleem is: jaarlijks gaat het om een kwart miljard zieken en meer dan een half miljoen doden. En door klimaatverandering treffen ziektes als malaria ook grotere gebieden.”
Maar, zo zegt Arreguin Campos, “we laten dit niet los. Het is veelbelovend, we zien veel potentie. Voor malaria, maar onze Braziliaanse collega’s denken dat we het in de toekomst ook kunnen toepassen voor andere infectieziekten.”