Fundamenteel onderzoek
De basis voor medische innovatie
Wetenschappers in fundamenteel onderzoek zijn nieuwsgierig: ze willen de mechanismen achterhalen die de complexe processen in de natuur aansturen. Daarom werken ze onbevooroordeeld en tegelijkertijd systematisch en nauwkeurig. In alle natuurwetenschappelijke disciplines leggen ze de basis voor nieuwe machines en processen. Maar vaak wordt de waardevolle bijdrage van onderzoeksinstellingen pas achteraf duidelijk.
Dat geldt ook voor fundamenteel medisch onderzoek. Zo zouden de tegenwoordig gevestigde standaardingrepen zoals hartoperaties onmogelijk zijn zonder de kennis van eeuwenlang onderzoek naar elektriciteit en andere kwesties. Fundamenteel onderzoek is een continu proces. Wereldwijd werken wetenschappers aan het verbeteren van de vereisten voor de ontwikkeling van nieuwe medische behandelingen en medicijnen.
Een overzicht van fundamenteel medisch onderzoek
De directe zoektocht naar nieuwe werkzame stoffen en behandelingsbenaderingen begint volgens de klassieke denkwijze pas wanneer fundamenteel onderzoek de nodige kennisbasis heeft opgeleverd. Met deze resultaten kunnen collega's in het toepassingsgericht onderzoek de werkelijke oorzaken van ziektebeelden beter begrijpen. Dit is heel waardevol: tenslotte kan alleen zo een doelgerichte behandeling van de oorzaken van ziekte plaatsvinden. Afgezien van toevallige ontdekkingen is nu alleen de behandeling van de symptomen voorhanden.
Niet altijd te onderscheiden: fundamenteel medisch en toegepast medisch onderzoek
Fundamenteel medische onderzoekers zijn op zoek naar de onderliggende interacties tussen cellen, organen of hele levende wezens die verantwoordelijk zijn voor biologische processen. Daarvoor bestuderen ze uiterst complexe systemen met vele verschillende componenten. Het beste voorbeeld zijn de menselijke hersenen: miljoenen cellen die voortdurend met elkaar in verbinding staan, zijn verantwoordelijk voor de werking. Naast de realtime verwerking van zintuiglijke waarnemingen is het brein ook verantwoordelijk voor permanente leer- en denkprocessen. Juist hier, in de neurowetenschappen, hebben wetenschappers in fundamenteel onderzoek een open onderzoeksveld voor zich. Pas met een beter begrip van neurale processen kunnen de behandelingsmogelijkheden voor hersenaandoeningen aanzienlijk worden vergroot.
Het nauwere doel van fundamenteel onderzoek ligt echter niet in het toepassingsgebied, maar puur in het vergaren van kennis. In fundamenteel onderzoek domineert de vraag hoe een bepaalde ziekte ontstaat. Het leidende principe van toegepast en meestal commercieel onderzoek is daarentegen de zoektocht naar een werkzame stof waarmee het biochemische proces beïnvloed kan worden. Medische vooruitgang vereist beide: fundamenteel onderzoek en toegepast onderzoek.
Naast de opeenvolgende transitie van fundamenteel onderzoek naar toegepast onderzoek, komt er steeds meer een andere benadering in zwang: translationeel onderzoek. Door een nauwere samenwerking tussen onderzoeksinstellingen, klinieken en de industrie moet de tijd tussen het vinden van nieuwe uitgangspunten in het onderzoek en de klinische ontwikkeling aanzienlijk worden verkleind. Hiervoor wisselen specialisten van vele disciplines zoals biochemie, bio-engineering, biogeneeskunde, farmacie, statistiek en chemie voortdurend kennis uit. Met name bij biomedisch onderzoek is het moeilijk om de grenzen tussen de twee gebieden te bepalen. Want werken aan de fysiologische basis is net zo bepalend voor de medische vooruitgang als het ontwikkelen van een concreet medicijn.
Huidige kwesties van fundamenteel medisch onderzoek
Fundamenteel onderzoek is een permanent proces om inzicht te verwerven. Daarbij staat medisch onderzoek steeds weer voor nieuwe uitdagingen. Recente voorbeelden zijn het onderzoek naar volksziekten, zoals diabetes, kanker en dementie. Daarbij komen nog allergieën en infectieziekten die steeds meer mensen treffen. Tot de belangrijkste onderzoeksgebieden behoren de systeembiologie, genoomonderzoek en de neurowetenschap.
Een voorbeeld van moleculaire biochemie van werkzame stoffen: hier werken wetenschappers aan de eerste ontwikkeling van werkzame stoffen voor de behandeling van neurodegeneratieve ziekten. In het preklinische gedeelte beginnen ze met het zoeken naar doeleiwitten. Vervolgens onderzoeken ze mogelijke werkzame stoffen die de schadelijke invloed van het activerende enzym op de stofwisseling kunnen verhinderen. Daarna voeren ze verdere tests uit. In-vitro testsystemen met levende cellen spelen een belangrijke rol in onderzoekslaboratoria.
Temperatuurregelingstoepassingen bij in-vitro testsystemen
Daarnaast heeft de kwaliteit van het monstermateriaal een grote invloed op de testresultaten. Als wetenschappers erin slagen om de cellen gedurende het volledige proces behoedzaam te behandelen, creëren ze de beste startvoorwaarden. Nog een aspect: ook bij fundamenteel onderzoek is efficiënt werken cruciaal voor de snelle voortgang. Daarvoor putten de laboratoria uit de technische mogelijkheden om cellen te conserveren en te vermeerderen. Temperatuurregelingsoplossingen spelen daarbij een cruciale rol. Zo moeten de vaak gebruikte gecryopreserveerde cellen bij exacte temperaturen in een waterbad worden ontdooid. Alleen onder gedefinieerde omstandigheden kan het celmateriaal optimaal regenereren. De cellen sterven bij te hoge temperaturen, bij te lage temperaturen vertragen de stofwisselingsprocessen.
Nieuwe technologieën voor de celcultuur maken het bovendien mogelijk om hoogwaardige monsters efficiënt te reproduceren. Ook het testen van de optimale voorwaarden voor de celcultuur voor bepaalde cellen is een belangrijke onderzoekstak. Zo verhoogt de mogelijkheid om gedeeltelijke hoeveelheden uit de cultuur af te nemen de productiviteit bijvoorbeeld aanzienlijk. Thermoresponsieve microcarriers maken dit mogelijk. Hier staat de temperatuurregeling eveneens in het middelpunt: door de temperatuur van de celcultuur tijdelijk te verlagen van 37 naar 32 °C, komen de cellen los van het groeioppervlak. De benodigde hoeveelheid cellen is klaar voor gebruik. De thermostaat die op de bioreactor is aangesloten, voert de temperatuur weer op tot het ingestelde niveau, zodat de resterende cellen verder kunnen vermeerderen.
Standaardopgave in fundamenteel onderzoek: temperatuurregeling
De temperatuurregeling van monsters, laboratoriumapparatuur en culturen behoort tot de routinetaken in laboratoria van fundamenteel medisch onderzoek. Het nauwkeurig aanhouden van het temperatuurbereik is daarbij een kernvereiste. Tenslotte hebben apparaten met hun temperatuur vaak direct invloed op het celmateriaal.
Een hoge temperatuurstabiliteit van de waterbaden sluit ongewenste temperatuurschommelingen uit. Daarbij kunnen apparaten voor veeleisende toepassingen worden tegengekoeld. Intuïtieve instelmogelijkheden garanderen een comfortabele en veilige bediening. Accessoires zoals reageerbuisrekken of verstelbare bodems dragen daar ook aan bij.
Afhankelijk van de toepassing kunnen thermostaten in verschillende uitvoeringen worden gebruikt. Daarbij horen dompelthermostaten en badthermostaten, maar ook circulatiethermostaten, die geschikt zijn voor de temperatuurregeling van externe toepassingen. Laboratoria in fundamenteel onderzoek stellen bovendien vaak hogere eisen aan de universele inzetbaarheid van hun apparatuur. Met een breed bedrijfstemperatuurbereik en in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar, bieden de apparaten van JULABO de nodige flexibiliteit. Het accessoireprogramma maakt aanpassing aan klantspecifieke toepassingen mogelijk.