Een patiënt met een levertumor krijgt een medicijn toegediend. Die medicijnen worden via de bloedbaan naar de lever getransporteerd. Daar moeten de medicijnen door de wand van het bloedvat heendringen om de tumor te bereiken.

Beekers: ‘Het probleem is dat veel medicijnen dat maar moeilijk kunnen. Slechts een deel van het toegediende medicijn slaagt erin om de barrière te passeren en de tumor te bereiken. Het gevolg: er moet een (veel) hogere dosis van het medicijn worden toegediend om de gewenste hoeveelheid medicijn bij de tumor te krijgen. En dat kan bijwerkingen veroorzaken.’

Beter doorlaatbaar

Beekers: ‘Microscopisch kleine gasbelletjes (1 – 10 µm in diameter) en ultrageluid (zie kader) bieden mogelijk een oplossing. De belletjes worden in de bloedbaan gebracht. Door er ultrageluidsgolven op te richten gaan de belletjes met hoge snelheid trillen. Door die trillingen wordt de wand van het bloedvat ‘gemasseerd’, waardoor die beter doorlaatbaar wordt voor medicijnen. Dat maakt het mogelijk om de dosis aan medicijnen drastisch te verlagen, waardoor ook minder bijwerkingen zullen optreden.’

Specifieke plek

‘Het is ook mogelijk om de medicijnen ín het gasbelletje zelf te stoppen, of in het schilletje dat het gasbelletje omhult. De gasbelletjes dringen dankzij hun geringe afmetingen overal in het lichaam door, maar door het ultrageluid op een specifieke plek op het lichaam te richten, bijvoorbeeld op de lever, is het mogelijk om de medicijnafgifte op een bepaalde locatie aan te schakelen.’

De gasbelletjes zijn ingekapseld in een laagje vet. Ook worden gasbelletjes ontwikkeld met een eiwitschilletje, of een suiker- of polymeerlaagje. Belletjes met een schilletje van vetten worden op dit moment het meest gebruikt in ziekenhuistoepassingen als contrastmiddel voor echo’s ter verbetering van diagnostiek.

Wat is ultrageluid?

Geluid is niets anders dan een trilling, de verplaatsing van een drukgolf. Het menselijk oor kan geluiden waarnemen tussen de 20 en 20.000 trillingen per seconde (hertz, Hz). Boven 20.000 Hz spreken we van ultrageluid. De frequentie van de trillingen die in de geneeskunde gebruikt wordt, loopt van 1 miljoen tot 50 miljoen hertz.

Impuls

‘Al vroeg tijdens mijn onderzoek startte een samenwerking met de firma Nikon Instruments. Samen hebben we een speciale microscoop aangepast zodat we die kunnen koppelen aan onze unieke camera: de Brandaris 128. Met die camera brengen we de vibraties van de gasbelletjes in beeld.’

De Brandaris 128 is genoemd naar de vuurtoren van Terschelling vanwege de toepassing van hetzelfde optisch systeem: een roterende spiegel. Die stuurt de beelden van de microscoop naar 128 digitale camera’s. Zo kunnen 25 miljoen beelden per seconde worden vastgelegd. De camera staat in een behuizing van 1,5 bij 1,5 bij 0,3 meter en weegt 150 kilogram. Hij werd gebouwd door technici van het Erasmus MC en de Universiteit Twente.

‘De Brandaris brengt de gasbelletjes uitstekend in beeld, maar de cellen zijn een stuk minder goed zichtbaar’, zegt Beekers. ‘En juist de combinatie van beide beelden is voor ons belangrijk. Door de aangepaste microscoop lukt het ons nu om zowel de gasbelletjes als de cellen scherp in beeld te krijgen. Dat heeft mijn onderzoek een enorme impuls gegeven. We kunnen nu bestuderen wat andere groepen in mijn vakgebied nog niet kunnen.’

Bel-cel-interactie

‘De interactie tussen gasbelletjes en cellen, wat wij de bel-cel-interactie noemen, bestudeer ik met gekweekte cellen. Die cellen groeien in een dunne laag, in een speciale houder. Aan de cellen voeg ik de gasbelletjes toe. Die opstelling maakt het mogelijk om heel gecontroleerd te bestuderen wat het effect van de gasbelletjes op de cel is. Ook werk ik met een systeem – microvessels-on-a- chip – waarmee ik een klein bloedvat kan kweken. Dat geeft me de mogelijkheid om het effect van de belletjes te bestuderen in een situatie die meer lijkt op de situatie waarin we de gasbelletjes uiteindelijk willen gaan toepassen: de bloedvaten in het menselijk lichaam.’

We zijn vooral geïnteresseerd in de interactie tussen de gasbelletjes en endotheelcellen, de bloedvatcellen.

Veel geleerd

Dr. Inés Beekers blijft nog in ieder geval voor twee jaar aan het onderzoek verbonden: ‘Ik heb gelukkig een postdoc-positie verkregen, dus ik mag nog lekker verder puzzelen. Veel promovendi moeten na hun promotie op zoek naar een andere baan. De kennis en ervaring die ze hebben opgedaan worden dan niet ten volle benut voor het vakgebied waarbinnen ze zijn gepromoveerd.’

Beekers is opgeleid als technisch natuurkundige aan de TU Delft. ‘De technische kennis had ik al, maar tijdens mijn promotieonderzoek heb ik ook veel van de biologie geleerd. Die combinatie vind ik erg leuk. En we hebben een fantastisch en gemêleerd onderzoeksteam waarbinnen we elkaar versterken.’