Wetenschappelijk onderzoek fascineert als er doorbraken worden bereikt met een kleiner of groter maatschappelijk belang. Dat gebeurt continu, vaak nog zonder enige ruchtbaarheid. Acht auteurs van sciencepalooza.nl gaven in de Groene Amsterdammer van 19 Augustus de contouren van de wetenschap in de toekomst aan – de nieuw op te zoeken grenzen. Van een donut bewandelende, lasso leggende mier tot dot de qubitskwantumcomputer. Vandaag het vierde en laatste deel en vanaf volgende week wekelijks op woensdag de bijdrage van één van de auteurs van sciencepalooza.nl aan de Groene Amsterdammer.

Stamcellen komen eraan

door: Nadine Vastenhouw

Beginnende verschijnselen van Alzheimer? Ernstig hartfalen? Geen man overboord. Met een simpele Google search vindt u zo een stamcelkliniek die u ervan afhelpt.

Veel klinieken bieden via internet stamceltherapieën aan. De ziektes die zij behandelen variëren van suikerziekte tot autisme en erectieproblemen. Veel mensen die door de reguliere geneeskunde niet of niet meer geholpen kunnen worden wenden zich tot deze klinieken. Maar het is geen toeval dat deze vaak opereren in landen waar de medische regelgeving soepel of afwezig is. Want zij verkopen voornamelijk behandelingen waarvan niet bewezen is dat ze werken. Dus de beloftes zijn loos en de klinieken uit op het geld van kwetsbare mensen.

Stamcellen zijn al jaren een bron van hoop. Er zijn twee soorten stamcellen. Embryonale stamcellen kunnen zich ontwikkelen in alle typen cellen die je maar kan bedenken: hersencellen, levercellen, etcetera. Embryonale stamcellen vinden we in hele jonge embryo’s en de discussie omtrent het gebruik van dit type stamcellen ligt voor veel mensen heel gevoelig. Volwassen stamcellen vinden we op veel plekken in het menselijk lichaam waar zij voor herstel kunnen zorgen indien er schade is opgetreden. Dit doen ze door zich te vermenigvuldigen en te veranderen in het juiste celtype. Volwassen stamcellen kunnen, in tegenstelling tot embryonale stamcellen, maar een beperkt aantal celtypen maken.

Toen het enorme potentieel van stamcellen aan het einde van de vorige eeuw duidelijk werd, was het verband snel gelegd. Ziektes waarbij bepaalde typen cellen niet meer functioneren, zoals suikerziekte en Alzheimer, zouden binnen mum van tijd zijn opgelost. Maar zo simpel was het niet. Ondanks de enorme vooruitgang die op fundamenteel wetenschappelijk gebied is geboekt (we begrijpen stamcellen steeds beter), wordt er in reguliere ziekenhuizen nog steeds maar een handjevol stamceltherapieën toegepast. Zullen stamcellen ooit aan onze verwachtingen voldoen?

Ik denk van wel. De vertaalslag van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek naar de kliniek kost veel tijd, maar één voor één zullen stamcelbehandelingen tot het repertoire van artsen gaan behoren. In juli bijvoorbeeld rapporteerde de New  England Journal of Medicine een prachtige studie waarin stamceltherapie succesvol werd gebruikt bij het behandelen van een type blindheid die veroorzaakt wordt door beschadiging van het hoornvlies waarbij ook de stamcellen verloren zijn. In deze studie werden volwassen stamcellen van het gezonde, niet beschadigde oog gekweekt en naar het beschadigde oog getransplanteerd. Tien jaar na de behandeling, bleek driekwart van de patiënten nog steeds over een volledig functioneel hoornvlies te beschikken.

En dat is niet het enige succesverhaal. Sinds de jaren tachtig worden huidstamcellen gebruikt om ernstige brandwonden te behandelen, en beenmergtransplantatie voor de behandeling van leukemie is het oudste en waarschijnlijk bekendste voorbeeld van de kracht van stamcellen. Dus ze komen eraan, stamcellen. Maar niet via het internet.

Voor meer informatie, bezoek http://www.closerlookatstemcells.org//AM/Template.cfm?Section=Home. Op deze website van de International Society for Stem Cell Research wordt dieper ingegaan op de mogelijkheden en onmogelijkheden van stamceltherapieën op dit moment. Op verzoek testen zij ook de validiteit van stamcelklinieken.

Kwantummechanica voor gevorderden

door: Tobias Tiecke

De vorige eeuw wordt weleens de eeuw van de natuurkunde genoemd, mede door de ontdekking van de kwantummechanica. Deze theorie beschrijft onze wereld op hele kleine, (sub)atomaire, schaal. Alhoewel de basis van de theorie destijds geformuleerd is, staan complexe kwantummechanische systemen momenteel centraal in een groot en levendig vakgebied van de natuurkunde. Twee fascinerende toepassingen van zulke complexe kwantumsystemen zijn een kamertemperatuur supergeleider en een kwantumcomputer. Deze twee fenomenen zouden een immense maatschappelijke impact hebben ALS we zouden weten hoe ze te realiseren zijn. Beide zijn in principe mogelijk, maar zowel theoretisch als experimenteel blijken ze erg lastig.

Een supergeleider is een materiaal waar een stroom door kan lopen zonder dat er verlies plaats vindt. De eerste supergeleider is ontdekt door Kamerlingh-Onnes in 1911 door kwik af te koelen tot -269 oC en sindsdien is er een zoektocht gaande naar een materiaal dat supergeleidend is bij kamertemperatuur. Supergeleiders kunnen energie transporteren of omzetten zonder dat daarbij verlies optreedt. Daardoor kunnen ze zeer sterke magneetvelden opwekken, die gebruikt kunnen worden voor bijvoorbeeld magnetisch-zwevende treinen. De realisatie van een kamertemperatuur supergeleider vormt een grote stap naar een energiezuiniger maatschappij.

Een ander kwantummechanisch fenomeen is de kwantumcomputer. Dit is een computer die in plaats van bits (0 of 1) te gebruiken met zogeheten kwantum-bits (qubits) werkt. Een qubit is een soort 0 of 1, maar met wat extra bijzondere eigenschappen waardoor er op een totaal andere manier mee gerekend kan worden. Hoewel het aantal toepassingen voor een kwantumcomputer vooralsnog beperkt lijkt, zal de meest bekende toepassing een grote impact hebben. Een kwantumcomputer kan namelijk het coderingsmechanisme waarop digitale communicatie (dus ook banktransacties) gebaseerd is, ontcijferen, waardoor veilig internet verkeer op losse schroeven komt te staan.

Deze fenomenen lijken erg verschillend, maar het zijn beide manifestaties van complexe kwantummechanische systemen. Betrekkelijk simpele kwantummechanische verschijnselen zijn al de basis geweest voor talloze toepassingen, waaronder de laser, GPS en MRI scanners. Complexere systemen waarbij meerdere kwantummechanische objecten aan elkaar gekoppeld zijn vormen de basis voor supergeleiders en de kwantumcomputer. Individuele kwantumobjecten, die we stuk voor stuk inmiddels prima begrijpen, blijken als collectief in staat tot deze fascinerende fenomenen.

Al zijn beide toepassingen voorlopig nog toekomstmuziek, de ontwikkelingen zijn indrukwekkend. Complexe systemen van kwantumobjecten zoals atomen, elektronen, fotonen en combinaties hiervan worden door veel onderzoeksgroepen wereldwijd gerealiseerd. Ook al is het onduidelijk uit welke hoek de grote doorbraak zal komen, momenteel wordt het begrip van complexe kwantumsystemen stapsgewijs beter.

Hopelijk zullen in deze eeuw zowel de kamertemperatuur supergeleider als de kwantumcomputer gerealiseerd worden. Maar misschien nog wel belangrijker is dat het begrip van deze complexe toestanden zomaar zou kunnen leiden tot een onbekende toepassing met een nog grotere impact.