De trilharen in ons lichaam zijn belangrijk voor onze gezondheid. Ze helpen om vloeistoffen, zoals slijm uit de longen, te verplaatsen. Eduardo Gutiérrez Prieto, masterstudent Mechanical Engineering aan de faculteit 3mE van TU Delft verklaart dankzij zijn onderzoek hoe trilharen in beweging komen en synchroniseren. Dat inzicht kan leiden tot een effectievere behandeling van verschillende ziektes, zoals de  behandeling van rokershoest of andere aandoeningen aan de luchtwegen.

Eduardo Gutiérrez Prieto, die onlangs de master Mechanical Engineering, Track in Energy, Flow and Process Technology afrondde aan de TU Delft, is weliswaar werktuigbouwkundig ingenieur, maar hij is ook gefascineerd door biologie. ‘In mijn onderzoeksproject bracht ik beide passies samen door de concepten en methodieken uit de mechanical engineering los te laten op een biologisch mysterie: de werking van trilharen.’

Elke trilhaar heeft een eigen motortje

Hij legt uit wat trilharen zijn: ‘Trilharen zijn heel kleine uitsteeksels die op veel verschillende plaatsen in ons lichaam zitten: in de longen bijvoorbeeld. Ze zijn zo klein dat je ze met het blote oog niet kunt zien, maar zijn tegelijkertijd ontzettend belangrijk voor onze gezondheid. Ze zorgen ervoor dat vloeistoffen binnen het lichaam goed kunnen bewegen. Ze “duwen” bijvoorbeeld slijm vanuit de longen naar de keel, zodat je longen schoon blijven. Maar ze zitten bijvoorbeeld ook in je hersenen en zorgen er daar voor dat het hersenvocht goed door de hersenen stroomt.’

‘We weten dus wat het effect is van trilharen, maar we weten niet precies hoe trilharen nu eigenlijk in beweging komen. Tot dusver vermoedde men dat de trilhaar in beweging werd gezet door een onbekend besturingssysteem: een soort “brein” dat de oscillaties (trillingen) arrangeerde. Wij ontdekten dat dat dit niet zo is. Het is veel simpeler: er is geen besturingssysteem dat “de maatslag” bepaalt, hun maatslag en synchronisatie ontstaan vanuit de trilhaar zelf. Er zit een soort motortje in de trilhaar waardoor de trilhaar beweegt en synchroniseert met andere trilharen.’

Dit onderzoek maakt modellering veel simpeler en daardoor kunnen we het gedrag van trilharen veel beter voorspellen en beïnvloeden.

Effectievere behandeling ziekte

Gutiérrez Prieto legt uit wat het grote voordeel van deze ontdekking is: ‘Dit onderzoek maakt modellering veel simpeler en daardoor kunnen we het gedrag van trilharen veel beter voorspellen en beïnvloeden.’ Hij geeft een voorbeeld. ‘Bij rokers komt het bijvoorbeeld vaak voor dat de trilharen in de keel op den duur niet meer goed werken. Daardoor blijft slijm vastzitten in de longen en ontstaat de zogeheten rokershoest. Als je precies weet hoe trilharen werken kun je ze in potentie vervangen door synthetische trilharen en zo de gezondheidsproblemen oplossen. Hoewel dit nu nog toekomstmuziek is, zijn de mogelijke gevolgen van deze inzichten voor de gezondheidszorg veelbelovend.’

Hij denkt hardop. ‘Momenteel zijn er nanobots in ontwikkeling, waarmee je medicijnen in het lichaam brengt en dus verschillende ziekten kunt behandelen. Belangrijk daarbij is dat deze medicijnen in het lichaam op de juiste manier voortbewegen. Stel je voor dat we hun werking kunnen perfectioneren met kennis die deels uit mijn onderzoek komt? Dat zou geweldig zijn. Ook kan een beter inzicht van de werking van trilharen mogelijk bijdragen aan voorkomen of behandelen van aandoeningen waarbij trilhaartjes in het lichaam de verkeerde kant op bewegen. Dit is bijvoorbeeld het geval bij Dextrocardie: een aandoening waarbij het hart rechts van de borstkas zit in plaats van links. De aandoening wordt veroorzaakt doordat dat trilhaartjes tijdens de vroege embryonale ontwikkeling in de verkeerde richting “slaan”. Een ander voorbeeld is primaire ciliaire dyskinesie (PCD). Dat is een erfelijke ziekte die onder meer tot gevolg heeft dat trilharen slecht bewegen. Dat zorgt voor slecht functionerende luchtwegen: ruim drie kwart van de mensen met PCD is voortdurend verkouden.’

Onderzoek tijdens coronapandemie

Gutiérrez Prieto studeerde dankzij zijn onderzoek cum laude af en ontving de nominatie Best Graduate van de faculteit 3mE. In zijn nominatie is meegewogen dat hij niet alleen een bijna grenzeloze nieuwsgierigheid heeft, maar ook enorme veerkracht heeft getoond. Tijdens de coronapandemie moest hij zijn experimentele onderzoek namelijk laten varen en overstappen naar een puur theoretisch onderzoek. Zelf zegt hij daarover: ‘Ik houd ervan om dingen uit te proberen. Ik begon daarom binnen een honours-programma met een experimentele opzet voor een beter inzicht in de werking van trilharen. Inclusief testopstellingen en zelfgebouwde apparatuur. Maar toen kwam corona en werden alle faciliteiten gesloten. Min of meer noodgedwongen gooide ik het samen met mijn professor over een andere boeg en koos ik voor een meer theoretisch project, waarin ik de mechanische oorsprong van trilhaarbeweging probeerde te doorgronden. En het had niet beter kunnen uitpakken.’

In die periode heeft hij zich in razend tempo allerlei nieuwe onderzoeksmethoden eigen gemaakt. Dat leverde hem ook op persoonlijk vlak verrassende inzichten op. ‘Ik dacht altijd dat ik weinig moest hebben van theoretisch onderzoek. Dat gevoel werd in eerste instantie versterkt door de berg niet erg gemakkelijke biologische literatuur waar ik me doorheen moest werken. Gaandeweg raakte ik echter echt geïnspireerd en enorm enthousiast. Wat dat betreft citeer ik graag de natuurkundige Richard Feynman: “Nobody ever figures out what life is all about, and it doesn't matter. Explore the world. Nearly everything is really interesting if you go into it deeply enough.” Dat gaat helemaal op voor mij, het onderzoek werd vanzelf interessant.’

Nobody ever figures out what life is all about, and it doesn't matter. Explore the world. Nearly everything is really interesting if you go into it deeply enough.

Richard Feynman

Omgeven door genieën TU Delft – faculteit 3mE

Hij vindt het een hele eer om cum laude geslaagd te zijn en is trots op zijn nominatie als Best Graduate. ‘Ik ben opgegroeid in Spanje en ben in mijn familie de eerste die naar een technische universiteit ging. Mijn familie heeft me daarin altijd erg gesteund en aangemoedigd. Als er bijvoorbeeld een blender stuk was of als er een computer over was, moedigde mijn familie mij aan ze uit elkaar te halen om te zien hoe ze in elkaar staken. Dat heeft een zaadje gelegd voor mijn interesse in en nieuwsgierigheid naar mechanica.’

Met zijn bachelor Mechanical Engineering op zak ging Gutiérrez Prieto aan de slag bij SEADM: een Spaans bedrijf in detectieapparatuur en instrumentatie. ‘Via SEADM  kwam ik in aanraking met allerlei knappe koppen van universiteiten over de hele wereld. Ik wilde me verder ontwikkelen en kwam door mijn interesse voor vloeistofdynamica terecht bij de faculteit 3mE van de TU Delft. Heerlijk om omgeven te zijn door genieën. Ik lééf echt voor de wetenschap en dat ik er nu positief uitspring, vind ik een grote eer en het bewijs dat ik op het goede spoor zit.’

Ondernemersgeest

Inmiddels is Gutiérrez Prieto begonnen met een PhD aan de EPFL: de TU van Lausanne in Zwitserland. Zijn onderzoek staat nog niet helemaal vast, ‘maar het zal op het snijvlak van solid and fluid mechanics zijn. Wat ik daarna ga doen, weet ik nog niet precies. Misschien dat ik dan een academische carrière nastreef of een eigen startup in biomechanica begin. Ik heb  de ondernemersgeest van mijn vader geërfd, maar ik houd alle mogelijkheden graag open! De toekomst zal het leren.’

/* */