Thomas van de Sandt
Nederlande wetenschappers achterhalen met de snelste camera ter wereld de werking een veelbelovende medische techniek: het verdampen van nanodruppels in het lichaam onder invloed van ultrageluid.
Het is zo’n elegante en weinig schadelijke manier om tumoren op te sporen en te behandelen dat er wereldwijd veel onderzoek naar wordt gedaan: het gebruik van nanodruppels en ultrageluid. De nanodruppels, een vloeistof met daarin een medicijn en voorzien van een dunne omhulling, worden in de bloedbaan gebracht en vinden hun weg naar een tumor. Daar verdampen ze onder invloed van een intense puls ultrageluid. Zo kunnen ze plaatselijk hun medicijnen afgeven – zonder dat het omliggende, gezonde weefsel beschadigd raakt – of is de tumor met behulp van een echoapparaat efficiënt in beeld te brengen.
Hoewel de veelbelovende techniek op een aantal plekken al in het stadium van preklinische tests is beland, was het fysische mechanisme van de verdamping tot op heden nog een mysterie. Onderzoekers van de Universiteit Twente, TU Delft en het Erasmus MC komen nu op basis van beelden met de snelste camera ter wereld, fundamentele fysische theorie en geavanceerde numerieke simulaties wel met een sluitende wetenschappelijke verklaring. Zij publiceerden hun bevindingen vorige week in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.
‘Het mechanisme was omgeven door een aantal raadsels’, vertelt Michel Versluis, hoogleraar fysische en medische akoestiek aan de Universiteit Twente. ‘Ten eerste was de benodigde druk om de druppels te laten verdampen veel te hoog en bovendien was het verband met de frequentie precies omgekeerd met de bestaande theorie.’
Om de verdamping van de druppels op een schaal van nanometers en nanoseconden te bekijken, zetten de wetenschappers de Brandaris 128 in, een supersnelle camera die eerder door de UT en de Erasmus Universiteit was ontwikkeld. Deze camera is volgens de onderzoekers met 25 miljoen beeldjes per seconde de snelste ter wereld.
Uit de beelden kwam naar voren dat het ultrageluid op één specifieke plek op de druppel werd gefocust, vreemd omdat de golflengte van het uitgezonden ultrageluid relatief te groot is voor lenswerking. ‘Na enig nadenken viel het kwartje’, zegt Versluis. ‘Omdat de geluidsgolf in het lichaam vervormt, ontstaat een schokgolf, met boventonen die wel met de druppel kunnen interfereren. Hoe meer afstand de geluidsgolf door het lichaam gaat en hoe hoger de druk, hoe meer de golf vervormt en hoe makkelijker de druppel verdampt.’
Nu het mechanisme bekend is, kan de behandelmethode gericht worden verbeterd, denkt Versluis. ‘We kunnen nu aan de slag met het optimaliseren van de geluidsbronnen en slimme aanpassingen aan de druppels, zodat het ook onder lagere druk kan. Dat leidt tot een veiliger en bredere klinische toepassing van deze veelbelovende techniek.’
