dinsdag 9 juni 2026
Hartritmestoornissen ontstaan door complexe, dynamische elektrische activiteit in het hart. Rui Guan, promovenda bij Medical Delta (TU Delft, Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica), ontwikkelde op micro-elektronica gebaseerde sensortechnologieën waarmee deze activiteit met een veel hogere ruimtelijke en temporele resolutie kan worden gemeten dan met conventionele apparaten.
Dit voorjaar verdedigde Guan met succes haar proefschrift, dat zij schreef als onderdeel van het wetenschappelijke programma Medical Delta Cardiac Arrhythmia Lab. Guan is een van de (gedeeltelijk) door Medical Delta gefinancierde promovendi van het Medical Delta-programma 2019-2024.
Door geavanceerde chiptechnologie te combineren met micro-elektrode-arrays (MEA’s) met hoge dichtheid, toonde Guan aan dat cardiale elektrofysiologie kan worden bestudeerd op meerdere biologische schalen en in verschillende experimentele opstellingen. Dit omvat in vivo metingen op het gehele hartoppervlak tijdens openhartchirurgie, in vitro registraties van levende myocardiale coupes en metingen met single-cell-resolutie in hartcelculturen. Deze metingen brengen elektrische patronen en mechanismen aan het licht die niet kunnen worden gedetecteerd met standaardinstrumenten, zoals een ECG.
Om dit te ondersteunen, ontwikkelde Guan een reeks geïntegreerde MEA-systemen en CMOS-schakelingen (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) die meerkanaals registratie van biopotentialen, impedantie- en capaciteitsmetingen en elektrische stimulatie mogelijk maken. Met deze speciale chips en meetsystemen kan je tegelijkertijd elektrische signalen van cellen meten én de cellen elektrisch stimuleren. Elk systeem is aangepast aan de biologische schaal, terwijl een gemeenschappelijke, op micro-elektronica gebaseerde ontwerpbenadering wordt gevolgd.
“Het onderzoek toont aan dat micro-elektronica nieuw inzicht kan bieden in hoe hartritmestoornissen ontstaan, zich verspreiden en evolueren,” zegt Guan. “Deze platforms met hoge dichtheid kunnen het hartonderzoek aanzienlijk vooruithelpen en zijn relevant voor diagnostiek, de ontwikkeling van geneesmiddelen en het modelleren van ziekten, waardoor ze helpen de kloof tussen laboratoriumonderzoek en de klinische praktijk te overbruggen.”
Waarom is dit belangrijk voor verder onderzoek en voor de behandeling van hartritmestoornissen?
“Hartritmestoornissen, waaronder atriumfibrilleren, zijn niet alleen een elektrisch probleem in één cel, maar het resultaat van complexe interacties tussen cellen, weefsel en het hele hart. De huidige diagnostische en onderzoekstechnieken beschikken vaak niet over voldoende ruimtelijke resolutie en een groot detectiegebied, om de bronnen van deze afwijkingen betrouwbaar te identificeren.
Dit onderzoek ondersteunt de doelstellingen van het Medical Delta Cardiac Arrhythmia Lab door innovatie op het gebied van micro-elektronica rechtstreeks te koppelen aan de cardiologie. Elektrische metingen met hoge resolutie, in combinatie met informatie over de toestand van het weefsel en celkoppeling, bieden een vollediger inzicht in hoe hartritmestoornissen ontstaan.
Dit onderzoek koppelt innovatie op het gebied van micro-elektronica rechtstreeks aan de cardiologie
Op de lange termijn kan deze kennis leiden tot een nauwkeurigere en gepersonaliseerde diagnose en behandeling. Het kan bijvoorbeeld de begeleiding tijdens katheterablatieprocedures verbeteren, herhaling verminderen en uiteindelijk helpen de gezondheidsrisico's die gepaard gaan met hartritmestoornissen te verlagen.”
Welke impact zou dit uiteindelijk kunnen hebben op onderzoekers, zorgverleners en patiënten?
“Voor onderzoekers maken deze technologieën gedetailleerdere en realistischere modellen mogelijk voor het bestuderen van hartritmestoornissen. Dit helpt zowel fundamenteel onderzoek als de ontwikkeling van geneesmiddelen. Voor zorgverleners kan een verbeterde meting en interpretatie van de elektrische activiteit van het hart de diagnostische nauwkeurigheid vergroten en de effectiviteit van ingrepen verbeteren, vooral in complexe gevallen.
Voor patiënten is de verwachte impact betere zorg, waaronder een nauwkeurigere diagnose, een effectievere behandeling en minder herhaalde ingrepen. Dit draagt bij aan een meer gepersonaliseerde en efficiënte behandeling van hartritmestoornissen.”
Hoe heeft de interdisciplinaire opzet van het Medical Delta-programma bijgedragen aan uw onderzoek?
“Interdisciplinaire samenwerking was niet optioneel, maar essentieel voor de ontwikkeling van chips voor de gezondheidszorg zoals deze. Een duidelijk voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van een CMOS-chip met een micro-elektrodenarray met resolutie op celniveau, waarvoor nauwe samenwerking tussen techniek, biologie en klinische expertise nodig was.
Aan de TU Delft werkte ik samen met mijn technologiepromotor prof. dr. ir. Frans Widdershoven om biologische en klinische behoeften te vertalen naar micro-elektronische architecturen, die in staat zijn tot het met ultralaag vermogen en met weinig ruis registreren van biopotentialen, het uitvoeren van impedantiemetingen (het meten van de elektrische weerstand, red.) en het stimuleren in geleidende biologische omgevingen. Bij NXP Semiconductors paste ik, in samenwerking met prof. Widdershoven en dr. Robert van Veldhoven, analoge en mixed-signal ontwerptechnieken van industriële kwaliteit toe om ervoor te zorgen dat het systeem schaalbaar en robuust was, waardoor het zowel in klinische omgevingen als in laboratoriumonderzoek kon worden gebruikt, waaronder het screenen van geneesmiddelen en het modelleren van ziekten. En bij het Erasmus MC zorgden clinici en onderzoekers, onder begeleiding van mijn biomedische promotor prof. dr. Natasja de Groot, voor biologisch inzicht en klinisch relevante vragen om ervoor te zorgen dat de technologie inspeelde op echte medische behoeften.
Deze voortdurende interactie zorgde ervoor dat de technologie aansloot bij de biologische realiteit, dat experimenten werden ondersteund door geoptimaliseerde elektronica en dat de resultaten relevant waren voor echte toepassingen.
Het succes van het project was te danken aan voortdurende samenwerking in plaats van afzonderlijk werk op verschillende gebieden. Medical Delta bood de structuur en omgeving die deze samenwerking mogelijk maakten. Via het Medical Delta Cardiac Arrhythmia Lab-programma werkten ingenieurs, clinici en partners uit de industrie samen aan gemeenschappelijke uitdagingen. Dit zorgt ervoor dat de technologische ontwikkeling nauw verbonden blijft met concrete klinische vraagstukken, terwijl het tegelijkertijd toegang geeft tot de benodigde expertise en faciliteiten. Medical Delta speelde een belangrijke rol bij het waarborgen van zowel de wetenschappelijke kwaliteit als de maatschappelijke relevantie van het onderzoek.”
Wat heb je persoonlijk geleerd van dit promotietraject?
“Het leerde me hoe ik kan werken op het snijvlak van technologie, wetenschap en praktische toepassing. Ik leerde hoe ik geavanceerde halfgeleidertechnologie kan koppelen aan echte medische behoeften door middel van samenwerking tussen het bedrijfsleven en de academische wereld. Zo heb ik geholpen de grenzen van de chiptechnologie te verleggen om de diagnose te verbeteren, betere gezondheidsmonitoring mogelijk te maken en geavanceerdere behandelingen te ondersteunen.
Ik heb ook sterke vaardigheden ontwikkeld op het gebied van interdisciplinaire communicatie, het vertalen van complexe problemen naar heldere technische oplossingen, en het ontwerpen van technologie die niet alleen gericht is op prestaties, maar ook op de betrouwbaarheid, veiligheid en schaalbaarheid van medische apparatuur. Het belangrijkste is dat ik een mentaliteit ontwikkelde die gericht is op het nemen van echte maatschappelijke verantwoordelijkheid om het leven van mensen buiten het laboratorium te verbeteren.
Nu ik mijn carrière voortzet als analoog circuitingenieur in de gezondheidszorgsector bij NXP Semiconductors, bepaalt deze ervaring hoe ik omga met samenwerking, impact, verantwoordelijkheid en leiderschap in de chiptechnologie voor de gezondheidszorg. Dat neem ik de rest van mijn carrière mee.”
