Zwaar water, een variant van gewoon water met extra kerndeeltjes, laat de tijd even trager verlopen in menselijke cellen. Op die manier kunnen donororganen mogelijk langer vitaal worden gehouden.
Onderzoekers van de Universiteit van Leipzig zijn erin geslaagd om cellulaire processen te vertragen met zwaar water. Datzelfde is ook te bereiken met chemische goedjes, maar die doen meer kwaad dan goed. Om cellen of organen langer vers te houden, worden ze normaal gesproken dan ook gekoeld. Bij de zwaarwatermethode mag de temperatuur hoog blijven. De effecten van deze vertraging zijn bovendien omkeerbaar.
Slow motion
Studies naar de effecten van zwaar water op biologische processen zijn schaars. Het is bekend dat zwaar water de celcyclus en -deling beïnvloedt, maar de precieze effecten ervan voor de gehele cel waren nog niet onderzocht.
Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...
Als cellen zich in een mengsel van gewoon en zwaar water bevinden, worden ze minder beweeglijk en gaan hun cellulaire processen ook over op slow motion. Alles wordt ongeveer drie keer zo traag. Zodra ze in normaal water worden geplaatst, gedragen de cellen zich weer gewoon. De onderzoekers stelden die effecten vast op verschillende niveaus, van onderdelen van cellen tot een groepje cellen.
Zware waterstofbruggen
De vertraging van de cellen wordt veroorzaakt door unieke eigenschappen van zwaar water. Water bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. De waterstofatomen in zwaar water hebben niet slechts één proton, zoals normale wateratomen, maar ook nog een neutron. Deze waterstofatomen zijn daardoor ongeveer twee keer zo zwaar. Water met deze zwaardere waterstofatomen heeft dus ook andere eigenschappen dan gewoon water.
Het zware water maakt het sowieso wat moeilijk voor cellen om te bewegen, doordat het water dat ze opzij moeten duwen zwaarder is. Maar er is nog een ander effect. Water vormt normaliter waterstofbruggen met, en tussen, eiwitten in de cel. Die verbindingen zijn met het zwaar water sterker, zo stelden de onderzoekers vast. Hierdoor zijn ook de eiwitten die de cel zijn structuur geven steviger met elkaar verbonden. Dit maakt de cellen minder beweeglijk en vertraagt ook de cellulaire processen.
Deze resultaten kunnen grote gevolgen hebben voor orgaantransplantatie en kanker. Zo kan zwaar water misschien helpen met het remmen van tumorgroei en vertraagt het hopelijk de afbraak van organen die getransplanteerd gaan worden. Maar daarvoor is verder onderzoek nodig.
Gedurfd experiment
‘Er is wel eerder gekeken naar het effect van zwaar water, maar met name naar de interactie tussen enkele eiwitten’, licht Kees Storm toe, natuurkundige aan de Technische Universiteit Eindhoven. ‘Deze onderzoeksgroep dompelde gewoon die hele cel erin onder om te kijken wat er gebeurt. Dat is nog niet veel vaker gedaan, vermoedelijk omdat men dacht: dat wordt een puinhoop. De verrassing is dat zelfs in een complex systeem als een cel de tijd vertraagt.’
‘Wat ze hebben laten zien, is dat zwaar water de rol van een lage temperatuur kan overnemen. Hoe meer zwaar water erbij zit, hoe langzamer de processen in de cel gaan. Een mengsel met 70 procent zwaar water vertraagt net zo veel als 8 graden afkoelen. Dat lijkt weinig, maar acht graden onder je lichaamstemperatuur is best een forse temperatuursverandering.’
‘Het is een prachtige fundamentele vondst’, concludeert Storm. ‘Een gedurfd experiment, met een hele simpele, compacte boodschap. Ik ben benieuwd wie hier op voortbouwt en wat we hier verder nog van terug gaan zien.’
