Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Nieuwe techniek voor waarneming snelle vorming van virus

Natuurkundigen, waaronder de Leidse onderzoeker Sanli Faes, hebben een techniek ontwikkeld om snel en precies processen te bestuderen op de allerkleinste schaal. De nieuwe techniek draagt bij aan de ontwikkeling van antivirale medicatie. En er is meer mogelijk. Publicatie in ACS Nano.

Virussen verspreiden zich effectief

Met de nieuwe techniek kunnen de onderzoekers virussen zien ontstaan. Virussen, zoals influenza,verspreiden zich zeer effectief, en zijn daarom dodelijk voor hun gastheer: ze zijn in staat om zichzelf spontaan, razendsnel en in groten getale op te bouwen. Bovendien zijn ze piepklein.  

Voorkómen van virussen

Als wetenschappers begrijpen hoe virussen zich vormen, kunnen ze misschien een preventief medicijn ontwikkelen dat voorkomt dat virussen überhaupt ontstaan. Daarvoor is een systeem nodig dat virussen op nanometerschaal kan volgen met een tijdsresolutie van minder dan een milliseconde. Leids natuurkundige Sanli Faez heeft samen met onderzoekers van de universiteiten van Harvard en Jena, het MIT, het Leibniz Institute of Photonic Technology en glasvezel-opticaproducent Heraeus Quarzglas, zo’n techniek ontwikkeld. Het internationale team onder leiding van Harvard University, heeft de resultaten in ACS Nano gepubliceerd met Faez als eerste auteur.

Uitdagingen

De twee uitdagingen van het in kaart brengen van virusvorming waren snelheid en afmeting. Fluorescentiemicroscopie kan individuele eiwitten detecteren maar deze techniek is net te langzaam om het proces goed vast te leggen. Het is zoals het proberen in beeld te brengen van vleugelslagen van een kolibrie met een doorsnee camera: delen van het proces zijn te registreren maar de cruciale frames ontbreken.
Zeer kleine deeltjes, zoals eiwitmantels, zijn te observeren door de manier waarop ze licht verstrooien. Deze techniek, die bekend staat als elastische verstrooiing, zendt per seconde een ongelimiteerd aantal fotonen uit, waarmee het snelheidsprobleem is opgelost. Maar de fotonen interacteren met stofdeeltjes, die daardoor de interessante deeltjes gedeeltelijk verduisteren.

Glasvezels

Het onderzoeksteam besloot daarom om de uitmuntende kwaliteit van glasvezels te benutten; de telecomindustrie heeft deze door de jaren heen steeds verder geperfectioneerd.  De onderzoekers ontwierpen een nieuwe glasvezelkabel met binnenin een kanaal op nanoschaal, kleiner dan de golflengte van licht. Het kanaal is gevuld met een vloeistof met nanodeeltjes. Als er licht doorheen wordt gestuurd, verstrooien de nanodeeltjes de fotonen. De onderzoekers vangen die fotonen vervolgens weer op met een microscoop. Op deze manier hebben ze de beweging van virussen met een diameter van 26 nanometer vastgelegd met een snelheid van duizenden metingen per seconde.
 

De techniek voor het bestuderen van processen op nanoschaal.

Techniek multi-inzetbaar 

‘Het belangrijkste doel van ons onderzoek was de ontwikkeling van een algemene traceertechniek gebaseerd op elastische verstrooiing om de beperkingen van fluorescentiemicroscopie te overwinnen’, zegt Faez. ‘We hebben met virus gewerkt als demonstratie van dit systeem. Naast het virusonderzoek zijn veel andere toepassingen mogelijk, bijvoorbeeld het tellen van blaasjes in lichaamsvocht. Kankercellen produceren meer blaasjes dan gezonde cellen, dus als we bij iemand het aantal blaasjes nauwkeurig genoeg meten, zouden we een nieuwe diagnostische methode voor kanker kunnen ontwikkelen. Screening op basis van elektronmicroscopie is daarvoor te duur.’

Viruses in new light (Video)

Sanli Faez et al. Fast, Label-Free Tracking of Single Viruses and Weakly Scattering Nanoparticles in a Nanofluidic Optical Fiber, ACS Nano, October 27, 2015