Beeld: Shutterstock
In een onlangs gepubliceerd artikel in het tijdschrift Frontiers of Neuroscience laat een groep Rotterdamse onderzoekers zien hoe je met een nieuwe vorm van echografie de kleine bloedstroming in het brein zichtbaar kan maken. Hiermee kunnen ze naast de tumor zelfs denkprocessen zoals het vormen van taal zichtbaar maken.
Dit nieuwe baanbrekend onderzoek komt voort uit het nieuw, door NWO mede-gefinancierd, centrum voor brein onderzoek, genaamd CUBE (www.ultrasoundbrainimaging.com). Dit nieuwe, multidisciplinaire centrum richt zich op het beter begrijpen en behandelen van de hersenen door middel van het afbeelden van de doorbloeding met echografie. CUBE is typisch voorbeeld van multidisciplinaire samenwerking, waarbij clinici, neurowetenschappers en ingenieurs de handen ineen hebben geslagen voor dit gezamenlijk doel.
Wat hebben jullie ontdekt?
Aan het woord zijn Pieter Kruizinga en Sadaf Soloukey: “In ons paper in Frontiers in Neuroscience delen we de eerste resultaten van de mogelijkheden die functionele echografie (ook wel functional ultrasound of fUS genoemd) biedt tijdens wakkere hersenoperaties. Zo kunnen we met functionele echografie de doorbloeding van de tumor zo gedetailleerd weergeven, dat we hiermee al uitspraken zouden kunnen doen over de grens tussen tumor en gezond weefsel: precies daar waar de chirurg moet snijden. Daarnaast kunnen we met dezelfde techniek hersenactiviteit meten terwijl een patiënt een functionele taak, bijvoorbeeld spreken, uitvoert tijdens een open hersenoperatie. Zo konden we bijvoorbeeld gebieden in het brein zien die betrokken zijn bij vormen van taal. Ook dit kan een chirurg helpen in de beslissing over wat wel en niet weg te snijden.”
Wat is er nieuw aan de echotechniek en waarom kan dit nu pas?
“Echografie zoals we dat kennen van de zwart-witte plaatjes van een foetus in de baarmoeder bestaat al sinds de jaren zeventig en tachtig en daar is niet zo gek veel aan veranderd. Toch kunnen we nu pas sinds enkele jaren deze gedetailleerde plaatjes van de doorbloeding maken, omdat de elektronica voor het opslaan van de ruwe signalen en de computers voor het rekenen met deze signalen nu eindelijk krachtig genoeg zijn om deze vorm van echografie mogelijk te maken. Wij maken hierbij gebruik van een vorm van echo Doppler waarmee je bijvoorbeeld ook de bloedstroom van en naar de placenta of in het hart kan afbeelden. Alleen in ons geval kunnen nu we veel meer beelden per seconde maken waardoor we ook de hele kleine doorbloeding kunnen meten, zoals die in de hersenen of in een hersentumor.”
Hoe kun je met functionele echografie brein en tumor beter in beeld brengen?
“Met functionele echografie – of fUS in het kort – maken we dus plaatjes van de doorbloeding en op basis daarvan kunnen we uitspraken doen over zowel tumorvaten als hersenactiviteit. We weten uit de literatuur dat tumoren en hun vaatstructuur heel eigenaardig kunnen groeien. Soms te snel, te veel of te zwak. Echter, tot nu toe zijn de technieken waarmee we die vaten in een levend brein kunnen afbeelden, erg beperkt. Met fUS krijgen we pas echt de kans om die circuits op gedetailleerde manier te bestuderen.”
“Daarnaast kunnen we met fUS ook kijken naar het patroon van de doorbloeding, wat ons iets vertelt over de hersenactiviteit. In de neurowetenschappen kunnen we ervanuit gaan, bijvoorbeeld ook in functionele MRI’s, dat een neuronale activatie ook een toename in bloedstroom met zich meebrengt. Dit noemen we neurovasculaire koppeling. Zo hebben we tijdens de wakkere hersenoperaties de mogelijkheid om de patiënten taken uit te laten voeren, zoals spreken en bewegen. Door te zoeken naar die gebieden waar de bloedstroom de functionele taak volgt, kunnen we aangeven welke gebieden wel of niet verantwoordelijk zijn voor die functionele taak. Zo kunnen we de belangrijke gebieden in de hersenen afbeelden en de chirurg informeren over waar weg te blijven bij de tumorverwijdering om zo bijvoorbeeld de spraak bij een patiënt intact te houden.”
Als iemand spreekt, wat zie je dan in de hersenen en wat kan je daar dan mee?
“Misschien geheel onverwacht, maar ook hier valt nog zoveel in uit te zoeken! Wat we weten over taal in de hersenen, is dat er veel gebieden samenwerken voor de verschillende aspecten waar taal uit bestaat: taalbegrip, productie, de daadwerkelijke uitspraak. Geen van die gebieden wil je tijdens een wakkere hersenoperatie beschadigen. Wat wij gedaan hebben in de studie is een eerste stap zetten om dat complexe geheel van taal in te delen in subonderdelen, die af te beelden, en dan op zoek te gaan naar verschillen: zo hebben we één van onze patiënten gevraagd om hardop en in het hoofd een aantal woorden na te zeggen. We zagen direct dat andere hersengebieden actief bleken in deze taken. Op deze manier denken we stap-voor-stap richting verdere ontrafeling te komen.”
“Als je taal kunt afbeelden, kun je ook taal in de hersenen beter gaan begrijpen. Zodra dit begrip er is gaat er een wereld open voor allerlei aandoeningen: denk aan mensen die wel taal kunnen denken, maar niet meer in staat zijn om te spreken. Door te ontrafelen wat de hersensignalen in deze patiënten eigenlijk voorstellen, zou je hen de kans kunnen geven om alsnog te kunnen spreken, bijvoorbeeld met een artificiële stem.”
Wat kan deze techniek voor de patiënt betekenen?
“Op korte termijn hopen we fUS verder door te ontwikkelen als techniek die de neurochirurg tijdens een operatie kan gebruiken om beter zicht te krijgen op wat tumor en wat gezond weefsel is, en zo de kans op succes van zo’n operatie nog verder te verhogen. Maar wat we nu te weten zijn gekomen over het brein en hersentumoren kan ook essentiële inzichten geven in nieuwe behandelingen. Op de lange termijn zien we allerlei andere toepassingen van fUS, bijvoorbeeld als monitoring tool na een operatie om bij te houden of en hoe snel een tumor terug groeit.”
Wat zijn de nieuwe plannen?
“We zijn nu druk bezig met het leggen van de laatste hand aan een aantal technische ontwikkelingen: zo willen we live 3D beelden gaan maken, en onze data vergelijken met de gebruikelijke MRI’s die nu voor de operatie worden gemaakt. Ook zetten we stappen naar het continue afbeelden van de hersenen tijdens de gehele operatie waardoor de chirurg een directe terugkoppeling krijgt over zijn ingreep. Maar de echte doorbraak komt wanneer het ons lukt om plaatjes van de hersenen te maken zonder dat er een stuk schedel verwijderd hoeft te worden, zoals nu het geval is tijdens de operatie. Dat zal voor hersenonderzoek in het algemeen maar ook direct voor de patiënt een echte doorbraak betekenen. Hier is nog veel onderzoek voor nodig maar volgens Kruizinga gaat dat zeker lukken: “Het is gewoon een kwestie van tijd, geld en heel hard doorwerken. En dan vooral met een team van enthousiaste wetenschappers uit alle disciplines. Want dit soort problemen los je niet in je eentje op. En dat is nou juist waar we met CUBE goed in zijn, de ingenieur naast de chirurg en neurowetenschapper. Zij-aan-zij gaan we dit probleem oplossen, echt waar!”
Bekijk de eerder door de NOS gemaakte video hier:
https://nos.nl/op3/artikel/2281539-met-deze-echo-wordt-een-hersenoperatie-nog-preciezer.html
Lees hier het artikel in Frontiers in Neuroscience
