Prof. dr. Clemens Löwik, hoogleraar Optische Moleculaire Beeldvorming bij het Erasmus MC is in de wolken met zijn nieuwe aanwinst. “Dankzij een NWO Middelgroot-subsidie konden we de MSOT aanschaffen. Die afkorting staat voor Multi Spectrale Opto-akoestische Tomografie. MSOT is een techniek waarmee we op een veilige manier afwijkende weefsels bij proefdieren in beeld kunnen brengen”, vertelt hij. Het apparaat werd onlangs geïnstalleerd in de AMIE-faciliteit, (Applied Molecular Imaging Erasmus MC). Daar kan het door onderzoekers van zowel binnen als buiten het Erasmus MC worden gebruikt. Meer info over de AMIE leest u hier.
Hoe werkt het?
Het apparaat straalt laserlicht uit dat voortdurend wordt aan- en uitgeschakeld. Elk lichtpulsje duurt slechts 1 tot 100 nanoseconde (1-100 miljardste seconde). Bepaalde stoffen in het weefsel, zoals hemoglobine (de rode bloedkleurstof die verantwoordelijk is voor het zuurstoftransport) of melanine (het pigment in huidcellen), absorberen een deel van het laserlicht en zetten het om in warmte. Door die warmte zet het weefsel uit. Als de laser wordt uitgeschakeld, vloeit de warmte weg en krimpt het weefsel weer. De pulserende laser zorgt voor een razendsnelle wisseling van uitzettend en krimpend weefsel. Dat krimpen-uitzetten-krimpen-uitzetten produceert een geluidssignaal. Licht wordt geluid. “Dát is waar het bij MSOT om draait”, zegt Löwik: “We listen to the light.”
Het laserlicht kan tot vijf centimeter in het weefsel doordringen, bij kleine proefdieren zoals muizen kun je dus dwars door het hele lichaam kijken, zonder het dier te opereren. Het geluidssignaal is overigens niet met het menselijk oor waar te nemen. Löwik: “Het heeft een zeer hoge frequentie, veel hoger dan de 20.000 Herz wat mensen kunnen horen. Het geluid wordt opgevangen met gevoelige detectoren. Ons apparaat beschikt over 256 detectoren, waardoor we zeer gedetailleerde driedimensionale opname (tomografie) van een geheel proefdier kunnen maken.”
Waarom is het apparaat een aanwinst?
“Dat zit ‘m vooral in de multi spectrale mogelijkheden. Dat wil zeggen: we kunnen de kleur van het laserlicht instellen op elke kleur die we maar willen. Het voordeel? Alle stofjes in het weefsel hebben een andere optimale gevoeligheid voor een bepaalde kleur laserlicht. Hemoglobine absorbeert een andere kleur licht dan melanine. Maar ook: hemoglobine gebonden aan zuurstof absorbeert een andere kleur licht dan hemoglobine waar geen zuurstof aan gekoppeld is. En dat is belangrijk, want het stelt ons in staat om zuurstofrijke en zuurstofarme (hypoxie) gebieden in weefsel vast te stellen.”
Waarom is dat belangrijk?
“Hypoxie is een conditie waarbij weefsel in het lichaam onvoldoende zuurstof via het bloed krijgt aangevoerd. Bij kanker, hart- en vaatziekten en ontstekingen zie je dat proces vaak optreden. Hypoxie is ook betrokken bij de progressie, het verloop van deze ziekten. De MSOT helpt ons dus om de weefsels waar de zuurstofvoorziening afwijkt te onderscheiden van gezond weefsel.”
Maar er kan nog meer mee?
“MSOT is toepasbaar bij alle ziekteprocessen waarbij de doorbloeding of de samenstelling van het weefsel verandert. Zoals eerder gezegd, de MSOT onderscheidt natuurlijk voorkomende stoffen in het lichaam, zoals hemoglobine en melanine, vanwege de verschillen waarmee die stoffen licht absorberen. Het is ook mogelijk om antistoffen, eiwitten of bepaalde medicijnen toe te passen om tumoren of andere weefsels te detecteren. We koppelen zo’n stof aan speciale labels die laserlicht van een bepaalde kleur (golflengte) sterk absorberen. Na injectie in de bloedbaan binden die stoffen aan de tumor of ander weefsel, waarna ze, dankzij die labels, zichtbaar gemaakt kunnen worden. Die optie maakt de toepassing van MSOT nog veel breder.
Tumoren die niet heel diep in het lichaam groeien, zoals hoofd-halstumoren, bepaalde hersentumoren, en borsttumoren kunnen we met MSOT bestuderen. Ook onderzoek naar plaques in bloedvaten, of de visualisatie van eiwitafzettingen in de hersenen bij patiënten met de ziekte van Alzheimer behoort tot de mogelijke toepassingen. Het mooie is dat de MSOT bij verschillende golflengten verschillende stoffen en zuurstofgehalten kan detecteren waardoor je veel meer informatie krijgt. Mijn persoonlijke interesse ligt vooral bij het bestuderen van necrose, de celdood van tumoren die optreedt bij bijvoorbeeld chemotherapie of bestraling. Dankzij MSOT kunnen we levende en dode tumorcellen heel goed van elkaar onderscheiden. Dat maakt het mogelijk om de effectiviteit van een bepaalde antikankerbehandeling nauwkeurig te volgen.”
Kan het apparaat ook bij patiënten worden gebruikt?
Löwik: “Ons apparaat wordt zuiver voor wetenschappelijke doeleinden gebruikt, maar in het buitenland wordt de techniek al bij patiënten toegepast. Onlangs werd in het vooraanstaand wetenschappelijk tijdschrift New England Journal of Medicine gepubliceerd dat MSOT een belangrijk hulpmiddel is bij de opsporing van ontstekingen in de darm bij patiënten met de ziekte van Crohn. Ook bij melanoom, een agressieve vorm van huidkanker, heeft MSOT zijn waarde al bewezen. Melanoomcellen zaaien in eerste instantie uit naar de dichtstbijzijnde lymfeklier die we poortwachterklier of schildwachtklier noemen. Om te weten of er al uitzaaiingen zijn moet de poortwachterklier worden verwijderd. Dat is voor de patiënt belastend en kan leiden tot levenslange continue ophoping van lymfevocht (lymfoedeem) en pijn. Met MSOT is het mogelijk de poortwachterklier snel te vinden en vervolgens te onderzoeken op aanwezigheid van melanine dat aanwezig is in melanoomcellen zónder dat lymfeklierweefsel moet worden afgenomen. Hiertoe wordt eerst de fluorescerende stof Indo-Cyanine Groen (ICG) ingespoten, vlakbij de tumor. ICG wordt direct door de lymfvaten opgenomen en afgevoerd naar de poortwachterklier waar het zich een tijdlang ophoopt. ICG geeft een zeer sterk opto-acoustisch signaal en is dus goed met de MSOT-detector op te sporen. Vervolgens kan die plek ook worden onderzocht op de aanwezigheid van een melanine-signaal, afkomstig van uitgezaaide melanoomcellen.
