Soms wil je iets afstoten, soms wil je het juist vastleggen. KNCV Gouden Medaille-winnaar Pascal Jonkheijm bestudeert de chemie tussen biologische materialen en synthetische oppervlakken. ‘Daar zit een flinke component chemische synthese in.’
‘Ik zit niet op Twitter, Facebook of Instagram’, geeft Pascal Jonkheijm (40) toe. Met zijn groep aan de Universiteit Twente zoekt hij zelden de openbaarheid. Maar vakgenoten zullen het niet vreemd vinden dat hij deze maand de KNCV Gouden Medaille 2018 in ontvangst mocht nemen. De jury omschreef hem als ‘een begenadigd chemisch onderzoeker die fundamenteel en toegepast onderzoek op het grensvlak van de chemie en biologie moeiteloos combineert’.
Jonkheijm groeide op in Zeeuws-Vlaanderen, met in het westen de skyline van bedrijven als Yara en Dow Chemical en in het oosten de oranje gloed als ze bij BASF Antwerpen moesten affakkelen. ‘Ik vond dat mooi, dingen maken sprak mij aan. Dus ging ik chemische technologie studeren’, mijmert hij. ‘En dan is het de bevlogenheid van bepaalde docenten die je echt het vak in trekken. In mijn geval Bert Meijer. Gaandeweg merk je dat je er goed in bent, krijg je een klik met zo’n vakgebied en ben je verkocht.’
Dat vakgebied was uiteindelijk niet de petrochemie. ‘Ik vond het spannender kleine moleculen te maken. Uiteindelijk is dat het mooiste: iets maken wat er nog niet was. Wat dat betreft had ik ook architectuur kunnen gaan studeren, al weet ik niet wat daarvoor in mijn kindertijd had moeten gebeuren. Naar nieuwe gebouwen kijken vind ik ook schitterend.’
Intussen is Jonkheijm vooral bekend van Lipocoat, de spin-off die hij samen met Jasper van Weerd en Marcel Karperien oprichtte. Lipocoat ontwikkelt biochemische coatings die medische hulpmiddelen eiwitafstotend maken. Het idee was zo infecties te voorkomen bij implantaten, maar in de praktijk lijken contactlenzen de eerste commerciële toepassing te worden. ‘Niemand van ons had daar ooit aan gedacht. Maar tijdens een brainstorm met mensen uit andere disciplines begon iemand over geïrriteerde ogen. Van het een kwam het ander.’
Hoe gaat het met Lipocoat?
‘Heel goed. We hebben klanten, dat is een eerste stap om aan te tonen dat je een goed product hebt waaraan behoefte is. We zijn nu bijna klaar met de implementatie van de nieuwe regelgeving; vroeger had je voor lenzen alleen een CE-markering nodig, maar inmiddels zijn het echte medische devices. We doen nu draagstudies met grote groepen mensen.’
Zijn er al andere toepassingen?
‘We zijn bezig met katheters, voor urine en voor bloed. Ook daarbij heb je een grote kans op infecties. En onlangs zijn we begonnen aan membraancoatings. We hopen er medicijnen mee uit afvalwater te halen, die zijn meestal hydrofoob en gaan goed in onze coating zitten.
Dat we daarop zijn gekomen, is een kwestie van serendipiteit, zoals zo vaak met dat soort dingen. Tegenwoordig moet je in een onderzoeksvoorstel eigenlijk al vier jaar van tevoren aangeven waar je fundamentele wetenschap zal worden toegepast. Nou, als ik terugkijk op wat ik daar vier jaar geleden over heb opgeschreven, dan klopt er niks van natuurlijk. Je kunt beter een open blik hebben en je omringen met mensen die je voorzien van feedback.’
Hoe werkt Lipocoat eigenlijk?
‘Lipocoat komt voort uit fundamenteel onderzoek naar artificiële oppervlakken die beter met cellen communiceren. Het ging eerst de kant uit van patronen. Maar toen realiseerden we ons dat een implantaat altijd een immunologische reactie oproept in het lichaam. De eerste dagen worden veel eiwitten afgescheiden die op het implantaat gaan zitten, en dat kan leiden tot afstoting. Dus bedachten we een lipidelaagje dat sterk op een natuurlijke cel lijkt. Lipides houden een laagje water vast en dat blijkt die eiwitten weg te houden.
‘Ik heb een voorkeur voor toepassingen in het lichaam’
De vervolgstap kan zijn dat je cellen juist wilt triggeren om interactie te vertonen met de coating, meestal na een dag of vijf. Daartoe voorzie je je coating bijvoorbeeld van liganden die specifiek transmembraaneiwitten herkennen, of van groeifactoren die helpen bij het wondherstel.
Wat dat betreft kijken we ook naar iets anders. Om een gescheurde kruisband te repareren, boor je tussen bovenbeen en scheenbeen een tunnel waar een stevige kunststofhechtdraad doorheen gaat. Je wilt dat die zo snel mogelijk vergroeit met het bot. Daartoe functionaliseren we het polymeer met peptides die groeifactoren invangen. CT-scans van ratmodellen bevestigen dat het de botgroei versnelt.’
Bedoel je dit met cell-instructed bio-interfaces?
‘Ja, maar cell-instructed kan van alles inhouden. Je kunt celgedrag ook sturen via microstructurering van het oppervlak. Met collega’s uit Eindhoven zijn we een leuk project gestart rond lichtgeïnduceerde structuren op micrometerniveau. Het fabricageproces veroorzaakt tevens een soort nanoruwheid waarvoor cellen heel gevoelig zijn: het ene celtype hecht er graag op en het andere juist niet. Maar cellen registreren allerlei lengteschalen, dus ook micrometerachtige afstanden die zo’n beetje overeenkomen met de celgrootte.
En die microstructuren kunnen we van hoogte laten veranderen als er al iets op zit. Denk aan biomedische implantaten waar niets op zou moeten hechten, maar waar na verloop van tijd toch cellen aan blijven plakken. We gebruiken er een soort vloeibare kristallen voor. Als er licht op schijnt, worden de patronen hoger of lager en laten de cellen los. In vitro werkt het, maar de weg van petrischaal naar patiënt is er natuurlijk nog een van vallen en opstaan. ‘
Zie je jezelf al autoruiten schoonhouden?
‘Er zijn natuurlijk niet-biomedische toepassingen te verzinnen, maar ik heb toch wel een voorkeur voor toepassingen in het lichaam, onder fysiologische condities. Tijdens mijn promotieonderzoek bij Bert Meijer lieten we moleculen aggregeren tot een DNA-achtige helix, maar dat speelde zich af in olieachtige oplosmiddelen. In mijn postdocperiode in de chemische biologie, bij Herbert Waldmann in Dortmund, wilden we cellen beïnvloeden. Als iets dan alleen werkt in andere dan fysiologische condities, heb je er niks aan. Daar is eigenlijk die randvoorwaarde vandaan gekomen om het in het relevante medium voor elkaar te krijgen.’
Je haalde ook de pers met een techniek om bacteriën als het ware aan de lijn te leggen.
‘Mensen hebben heel erg de neiging gehad sterke, gerichte interacties te ontwerpen zoals H-bruggen of ionische bindingen. Nu komen we er achter dat je het systeem dynamisch moet houden. Je laat bijvoorbeeld niet alle interactiepartners tegelijk een binding vormen, maar slechts vier van de zes, waarbij ze voortdurend kunnen wisselen tussen die zes mogelijkheden met behoud van de individuele bindingsdynamiek. Het heeft belangrijke implicaties wanneer een cel gaat trekken aan zo’n ligand: hoe gedraagt de binding zich onder dynamische belasting? We zijn druk bezig die vraag te beantwoorden.
‘Het is vaak een kwestie van serendipiteit’
Om dat te bereiken, kun je transmembraaneiwitten modificeren met aromatische aminozuren zoals tryptofaan of fenylalanine. Die kunnen dimeren vormen in cucurbit[8]uril, een pompoenachtig molecuul dat er twee tegelijk kan huisvesten. Zo beoefenen we supramoleculaire chemie op de celwand van een bacterie.
Mijn laatste ERC proof of concept grant draait om biofilms vastleggen op implantaten. Je kiest stammen die geen schadelijke effecten hebben, en daarin zet je plasmides die groeifactoren afscheiden. Het staat haaks op de Lipocoat-filosofie die biofilmvorming juist wil voorkómen. Maar als wetenschapper probeer ik natuurlijk ook andere dingen uit.’
Ondanks dit alles ben je officieel hoogleraar organische chemie.
‘Er zit dan ook een flinke component chemische synthese in. Heel vaak beginnen onze projecten met moleculen maken waarin het ontwerp zit verwerkt voor een bepaald gedrag. Denk aan peptides, aan eiwitmodificaties, aan kleine moleculen die gevoelig zijn voor waterstof of licht. Chemici hebben soms de neiging de synthese naar de achtergrond te schuiven. Je ziet het niet altijd op hun slides, terwijl de eerste jaren van een project er vaak aan zijn gewijd.’
Hoe zoek je promovendi en postdocs uit?
‘Bij postdocs kijk ik naar specifieke publicaties, en of ze echt de expertise hebben die ik zoek. Ik ga niet per se op reputatie af. Ik kijk of iemand zelf dingen heeft gedaan of alleen maar toevallig bij iemand zit die heel goed is.
Promovendi zijn voor een groot deel eigen kweek. Ook uit Duitsland en Italië komen veel goede aio’s. Soms ook uit Azië, maar die mensen laat ik eerst op proef hierheen komen: het kost even wat, maar het is het waard. Er zijn momenteel veel van die CSC scholarship-studenten die willen overkomen op een beurs van de Chinese overheid, en je soms zelf contacteren met de vraag of ze mogen komen promoveren. Dat kan een totale mismatch zijn, ook wat betreft hun eigen verwachtingen van het werk. Dan kun je beter gezamenlijk kijken of ze iets anders kunnen gaan doen.’
Hoe groot is je groep nu?
‘Mijn ERC-grant is afgelopen, mijn Vidi loopt op zijn eind. Veel mensen zijn net klaar of bezig hun proefschrift af te ronden. Ik hoop dat eind november mijn Vici-aanvraag door de ballotagecommissie komt. Rond de vijf à acht promovendi vind ik een mooie grootte, dan opereer ik op mijn best.
In Twente zie je de laatste jaren een verschuiving naar structuren waarbij groepen echt kleiner zijn en georganiseerd rond één PI (principal investigator, red.). Die delen dan wel onderzoeksfaciliteiten met andere PI’s. Bij grotere groepen moet je het anders gaan structureren, met meer postdocs die een deel van de begeleiding doen en dat soort dingen. En ik wil juist zelf bij projecten betrokken zijn, anders was ik wel manager geworden.’
Beknopt cv Pascal Jonkheijm
- 2013-heden: adjunct-hoogleraar organische chemie, Universiteit Twente
- 2011-2013: hoofddocent supramoleculaire chemie, UT
- 2008-2011: universitair docent, UT
- 2006-2008: Alexander von Humboldt fellow, Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie, Dortmund
- 2005: postdoc, TU Eindhoven
- 2005: promotie, TU/e
Arjen Dijkgraaf | vrijdag 7 december 2018
