maandag 30 januari 2023
Dr. ir. David Maresca, een van de Scientific Leaders van het wetenschappelijke programma Medical Delta UltraHB: Ultrafast ultrasound for the heart and brain, ontvangt een Chan Zuckerberg Initiative Dynamic Imaging-subsidie om een instrument voor de volgende generatie medische echoscopie te ontwikkelen.
De huidige echoscopie, bij de meesten bekend als de eerste foto van een baby, kan onze anatomie en organen zichtbaar maken. Het nieuwe instrument zal veel verder kunnen inzoomen, tot op het niveau van de cellen in ons lichaam. Maresca: "Echoscopie is een veilige, maar ook betaalbare en wijdverbreide technologie. Als we de grenzen ervan kunnen verleggen en het fijngevoeliger kunnen maken, kan dat veel mensen helpen.”
"Het doel van mijn onderzoek is om de precisie van echoscopie te verhogen tot op celniveau. Wij willen zien hoe cellen zich in het lichaam gedragen, in 3D en in real-time", aldus Maresca. Echoscopie maakt de anatomie en de beweging van interne organen zichtbaar, zonder het lichaam daarbij te schaden. "Je bent waarschijnlijk al bekend met echoscopie, want voor de meeste mensen geldt dat onze eerste foto een echo is", zegt Maresca.
De juiste behandeling
Een nauwkeuriger echoscopie kan nuttig zijn bij de diagnose van zogenoemde reperfusieletsels. "Soms raakt een bloedvat afgesloten in de hersenen of in het hart, en krijgt al het weefsel rond dat bloedvat te weinig zuurstof. Dat leidt tot ontstekingen en deze ontstekingen zullen op hun beurt een immuunreactie in de weefsels uitlokken," legt Maresca uit. "Wij willen een techniek ontwikkelen die ons kan vertellen waar het letsel is ontstaan, zelfs nadat de gebeurtenis zichzelf heeft opgelost. Was het in het hart of in de hersenen, welke regio in het weefsel is aangetast? Die informatie helpt artsen om de juiste behandeling te kiezen.”
Lawaaierige eiwitten
Om ontstekingen in het lichaam op celniveau op te sporen, zullen Maresca en zijn team eiwitten gebruiken die geluid weerkaatsen en zo cellen zichtbaar maken onder het ultrageluid van een echoscopie: een truc die is geïnspireerd door optica. "Bij lichtmicroscopie gebruiken onderzoekers een fluorescerend eiwit uit kwallen om cellen te labelen en ze in weefsels te volgen. Pas onlangs hebben we een eiwit gevonden dat hetzelfde kan doen bij echoscopie. Nu gaan we deze eiwitten verder ontwikkelen zodat ze activiteit van immuuncellen kunnen waarnemen via veranderingen in de zuurgraad in hun omgeving, want dat is een marker van ontsteking.”
Afgezien van de ‘lawaaierige’ eiwitten, zijn de Delftse onderzoekers de eersten die sound sheet imaging ontwikkelen - een beeldvormingsmethode die al bestaat voor licht, maar nog niet voor echoscopie. "Je kunt het je voorstellen als een draad die hele dunne plakjes weefsel snijdt, maar non-destructief: het is niet schadelijk. Zodra we veel van deze dunne plakjes in twee onderling loodrechte richtingen hebben genomen, kunnen we een weefselvolume reconstrueren in 3D," legt Maresca uit.
Herinneringen van hart en hersenen
Ziekenhuizen zullen deze echoscopische beeldvormingstechniek kunnen gebruiken om een herinnering aan een recente gebeurtenis in het hart of de hersenen te bekijken, wat Maresca als volgt illustreert:
"Stel dat een hartpatiënt thuis is en plotseling pijn op de borst krijgt. Het baart de persoon een beetje zorgen, omdat diegene niet precies weet wat het is. Dus gaat diegene naar het ziekenhuis voor een echo, zelfs als de symptomen al voorbij zijn. Dan kunnen wij de patiënt vertellen of die zich geen zorgen moet maken, omdat diegene bijvoorbeeld last van brandend maagzuur heeft gehad, wat ook tot pijn op de borst kan leiden. Of we kunnen diegene vertellen dat er iets ernstigs in het hart is gebeurd, en welk deel van het hart precies heeft geleden. Zodra de arts die informatie kent, kan die adviseren om die persoon nauwlettend in de gaten te houden, of hen naar de juiste zorgstandaard in het ziekenhuis leiden.”
Hoewel MRI-scanners soortgelijke informatie zouden kunnen opleveren, zijn ze schaars en duur, waardoor ze niet geschikt zijn om patiënten die het ziekenhuis binnenkomen te sorteren en te kanaliseren. "Het is een techniek die je stroomafwaarts gebruikt, zodra je een diagnose wilt bevestigen," zegt Maresca. "Echografie is in die zin veel veelzijdiger, veel flexibeler.”
De subsidie bedraagt 1 miljoen dollar en maakt het mogelijk voor de komende 2,5 jaar twee postdocs en een biotechnicus in dienst te nemen en daarnaast nieuwe laboratoriumapparatuur aan te schaffen.
Dit artikel verscheen eerder op de site van TU Delft-TNW
Het beeldvormingsprogramma van het Chan Zuckerberg Initiative is gericht op de ontwikkeling van nieuwe beeldvormingsinstrumenten om biologische processen te observeren, en op de ontwikkeling van robuuste kaders voor het kwantificeren, analyseren en delen van beeldvormingsgegevens en het delen van methoden en instrumenten. Om delen en hergebruik aan te moedigen, zullen de ontwikkelde sequenties (imaging sequences) binnen dit onderzoek waar mogelijk beschikbaar worden gesteld via opensource-licenties.
Dr. ir. David Maresca
Illustration of a sound sheet beam, that cuts thin slices of tissue like an invisible and harmless wire. The colours show the loudness of the sound waves: they are the strongest in the yellow area and the weakest in the dark blue areas. The image dimensions are 10 mm in height and 6 mm in width. (Image: Maresca Lab)
Microscopic image of the noisy proteins, assembled into hollow nanostructures in the shape of a zeppelin. These ‘nanozeppelins’ make cells visible under ultrasound. (Image: Jakobi Lab)
