Minister van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap Robbert Dijkgraaf opende in april het vernieuwde Elektronenmicroscopie Centrum (EMC) in Utrecht, een plek waar onderzoekers vanuit verschillende disciplines kunnen werken met de kostbare apparatuur. Het veld was niet altijd zo georganiseerd. Een onderzoeksprogramma waarin verschillende partijen – waaronder de TU Delft – intensief met elkaar samenwerkten, zette een verandering in gang.
Nederland is traditioneel sterk in microscopie en de toepassing ervan. Op een beperkt aantal vierkante kilometer bevinden zich ontwikkelaars, onderzoeksgroepen die veel werken met (elektronen)microscopie en gespecialiseerde bedrijven, waaronder Thermo Fisher, marktleider in de elektronenmicroscopie. En de fysieke afstand is net zo klein als de drempel voor samenwerking. ‘Toch was dit veld voorheen erg versnipperd’, zegt Judith Klumperman, hoogleraar Celbiologie aan het UMC Utrecht.
Klumperman is voorzitter van NEMI (Netherlands Electron Microscopy Infrastructure), de Nederlandse onderzoeksfaciliteit op het gebied van elektronenmicroscopie, opgezet door dertien kennisinstellingen die technologie en expertise gebundeld hebben. Het EMC is één van de belangrijke knooppunten in dit netwerk. In 2018 kreeg het NEMI 17,2 miljoen euro toegewezen binnen de Nationale Roadmap voor Grootschalige Wetenschappelijke Infrastructuur. Sindsdien is er een duidelijke verdeling van de verschillende apparatuur per expertise over onderzoekscentra in Delft, Leiden, Maastricht, Groningen en Utrecht.
Men kende elkaar wel, maar er was minder coördinatie en samenwerking. Iedereen deed alles
―
Jacob Hoogenboom
‘Voorheen hadden universiteiten alleen hun eigen lab voor elektronenmicroscopie. Dat was voldoende. Er was minder noodzaak om bij elkaar te komen. De technische ontwikkelingen gingen nog niet zo hard als nu’, vertelt Klumperman.
‘Men kende elkaar wel, maar er was minder coördinatie en samenwerking. Iedereen deed alles’, zegt Jacob Hoogenboom, universitair hoofddocent aan de TU Delft. Maar de opkomst van de digitale microscopie en ontwikkelingen in de materiaal- en levenswetenschappen, disciplines die veel met elektronenmicroscopie werken, maakten samenwerking noodzakelijk. ‘Gespecialiseerde elektronenmicroscopie vraagt om specifieke expertise, en de kosten zijn hoog. Het is onmogelijk dat iedere kennisinstelling alles zelf doet.’
Kleinste bouwstenen zichtbaar De elektronenmicroscoop kan in vergelijking met de lichtmicroscoop beeld veel verder uitvergroten, tot een nanometer of kleiner. Daarnaast is driedimensionale weergave mogelijk en kan er steeds sneller gewerkt worden. Het apparaat kan de kleinste bouwstenen van het leven en materialen zichtbaar maken en is daarmee van groot belang voor wetenschap en maatschappij. Het binnenste van een cel kan in beeld gebracht worden, waardoor bijvoorbeeld afwijkingen opgespoord kunnen worden. Ook wordt de geavanceerde technologie gebruikt om betere zonnepanelen, supergeleiders of chips te maken.
Microscopy Valley Hoogenboom werkt sinds 2008 in Delft aan geïntegreerde microscopie, het samenvoegen van elektronen- met lichtmicroscopie, waar ook de groep van hoogleraar nanoscopie en microscopie Hans Gerritsen (Universiteit Utrecht) mee bezig was. Onder leiding van Gerritsen richtten ze het onderzoeksprogramma Microscopy Valley op, dat in 2012 financiering kreeg via het Perspectief-programma. Dit is één van de financieringsinstrumenten van NWO waarin onderzoekers uit verschillende disciplines in consortia samenwerken met bedrijfsleven en maatschappelijke partners.
Samenwerking natuurlijk proces Dat begon bij de opzet van het programma. Hoogenboom: ‘Alle consortiumdeelnemers kwamen twee keer per jaar samen in een gebruikerscommissie. Je zag wat anderen deden en iedereen zocht de samenwerking. Dat werd een natuurlijk proces. Mensen hadden binnen het programma een eigen project, toch zaten er dwarsverbanden tussen. Programmabijeenkomsten waren ook steeds bij andere groepen die de technologie in een andere setting gebruiken. Dat gaf nieuwe ideeën.’
‘Het was voor mij de eerste keer dat ik in een consortium actief was en meekreeg wat de kracht van samenwerken is’, zegt Klumperman. ‘Bij een honorering is de eerste gedachte dat je veel voor je eigen lab kunt gaan doen. Maar het belang van het consortium is groter dan dat. Samen krijg je meer voor elkaar dan alleen. Het was leuker en het bracht meer op dan ik had gedacht.’
Beiden wijzen ook op de informele contacten tussen onderzoekers. ‘Ze leerden elkaar kennen en raakten geïnteresseerd in elkaars werk. Dat heeft heel veel opgeleverd.’
Bij een honorering is de eerste gedachte dat je veel voor je eigen lab kunt gaan doen. Maar het belang van het consortium is groter dan dat
―
Judith Klumperman
Door het programma kwamen partijen bij elkaar die elkaar normaal gesproken niet elke dag zien. In het consortium waren de ontwikkelaars van de microscopie, de gebruikers en de bedrijven verenigd. ‘Ik ben zelf niet technisch aangelegd, vertelt Klumperman. ‘Maar als je met bijvoorbeeld de technici uit Delft gaat praten ontdek je een gemeenschappelijk belang. Wij denken aan de dingen die we met een microscoop willen kunnen, ontwikkelaars van microscopen zoeken toepassingen voor de aanpassingen die ze doen. Als die twee bij elkaar komen dan is één en één drie. Je bent niet meer naast, maar met elkaar bezig.’
Stap verder Bij microscopie zijn probes nodig, onderdelen die je toevoegt aan een preparaat om het te kunnen bekijken. Voor Microscopy Valley moesten deze zowel voor licht- als elektronenmicroscopie geschikt zijn. Hoogenboom: ‘Je hebt dan verschillende partijen nodig om een stap verder te komen.’ De technici ontwikkelden de instrumenten, de biologen keken naar de combinatie met levende stoffen en de chemici ontwikkelden de probes. Dat heeft geleid tot een nieuw type dat in beide apparaten werkt.
Praten met iemand uit een andere discipline is wel complex en kost tijd, zegt Klumperman: ‘Je spreekt een andere taal. Er is een extra inspanning nodig om te begrijpen wat de relevante ontwikkelingen zijn. In een consortium heb je de tijd om elkaar te leren kennen en dan kun je de grenzen gaan passeren. Juist in de grensgebieden liggen onontgonnen zaken die je samen kunt gaan oppakken.’ Een voorbeeld is een lichtmicroscoop waarin een elektronenmicroscoop is geïntegreerd. Dat leidde tot publicaties over deze nieuwe techniek om cellen te bestuderen.
Het Microscopy Valley-programma vormde volgens Klumperman de basis voor de oprichting en toewijzing van het NEMI in 2018. ‘In financieringsrondes voor wetenschappelijke infrastructuur kwamen per ronde soms meerdere aanvragen binnen voor elektronenmicroscopie.’ Voorsortering was dus nodig. Klumperman had mensen uit het veld leren kennen binnen Microscopy Valley. ‘Verschillende dingen kwamen samen. Toen ben ik met een team die aanvraag gaan opzetten.’
Ontwikkeling versnellen Ze denkt dat het veld nu goed beseft wat de meerwaarde is om lasten en lusten met elkaar te delen. Een van de voordelen ontstaat in de ontwikkeling van nieuwe microscopen. Daar spelen allerlei aspecten een rol, van technisch tot praktisch, bijvoorbeeld op het vlak van voorbereiding van samples. Hoogenboom: ‘Als we technologie ontwikkelen bespreken we wat dit betekent voor bijvoorbeeld de samples of data. Zo kunnen we ontwikkeling en toepassing versnellen. Onderzoekers krijgen eerder beschikking over nieuwe apparatuur. In veel takken van de wetenschap bepaalt microscopie de limiet van wat je wel en niet kunt zien. De impact is heel groot.’
‘Een mooi voorbeeld komt uit de tijd van de coronapandemie’, zegt Klumperman. ‘Toen die uitbrak lag een netwerk klaar om het virus te bestuderen. De moleculaire structuur, het plaatje dat je op tv ziet als het over corona gaat, is toen in kaart gebracht met behulp van cryo-elektronenmicroscopie in Leiden. Dat is heel snel gegaan.’
Tegelijkertijd liggen er nieuwe opgaven: zo moet de NEMI-apparatuur op een moment weer vernieuwd worden. Daarom kijken de onderzoekers vooruit naar nieuwe financieringsmogelijkheden. ‘De apparatuur wordt steeds geavanceerder en duurder. En de ontwikkelingen gaan razendsnel. We moeten zorgen dat we voorop blijven lopen, anders doen andere landen het.’ Hoogenboom: ‘We zijn als het ware bezig met een grote kale landkaart. Net als bij Google Maps wil je uiteindelijk ook tankstations en restaurants toevoegen, om zo een steeds completer beeld te krijgen.
