De allernieuwste en superkrachtige Hierarchical Phase-Contrast Tomography (HiP-CT) techniek brengt alle onderdelen van het menselijk lichaam tot op celniveau in kaart. Hierdoor kunnen organen op een totaal andere manier bekeken worden. ‘Dit helpt ons om sneller ziektes op te sporen’, legt Bernadette de Bakker, MD PhD, uit.
De Bakker is een van de acht leden en onderzoekers (principal investigators) van de Homan Organ Atlas Hub (HOAHub) die bepalen welke klinische onderzoeksvragen gehonoreerd worden. Deze PI’s zijn ervaren wetenschappers in de natuurkunde en gezondheidswetenschappen. Zij mogen ook met de deeltjesversneller werken. ‘In ons onderzoek gaat het om pathologie versus gezonde organen, daarnaast kijken we ook naar gerontologie. Iedereen uit de medische wereld met een goede onderzoeksvraag kan die insturen en meeliften op de kennis en kunde binnen de HOAHub. Wij kijken dan met zijn achten of dat onderzoek haalbaar is, of we de samples ergens vandaan kunnen halen, hoe we de weefsels ‘mounten’, dus op het onderzoekstafeltje leggen.’ Op de synchotron in Grenoble, Frankrijk, is een paar jaar geleden een superbrilliant source geïnstalleerd die de krachtigste röntgenstralen genereert in de wereld. Deze röntgenstralen zijn zo sterk, dat ze niet voor een levend mens gebruikt kunnen worden. ‘Die stralen kun je wel gebruiken om er van alles mee te onderzoeken’, zegt Bernadette de Bakker, MD PhD en assistent professor embryologie en foetale anatomie in Amsterdam UMC. ‘Niet alleen het menselijk lichaam, maar ook batterijen en onderdelen van motoren worden bekeken. Alleen kost een uur scannen 25.000 euro.’ Een klein clubje beamline scientists hebben samen met artsen voor elkaar gekregen dat er Europees geld beschikbaar is, samen met een donatie vanuit de Chan Zuckerberg Initiative.
Bernadette de Bakker, MD PhD en assistent professor embryologie en foetale anatomie in Amsterdam UMC, in het Vrolik Museum. Foto IXA Amsterdam.
Diep scannen
De deeltjesversneller heeft nu een soort arm, de beamline 18, waarmee een field of view van 50 centimeter hoog en 30 centimeter breed beschikbaar is. Daardoor is het mogelijk om een hart te scannen, maar ook hersenen. Op de beamline 5 worden ook kleinere weefsels gescand, daarmee kun je veel dieper inzoomen. Je field of view is dan een stuk kleiner, maar enkele centimeters, maar daarin kun je verder inzoomen. Oneindig inzoomen, zoals met foto’s, gaat niet. Met de beamline 18 kun je een 100 keer hogere resolutie bereiken dan een gewone patiëntenscanner, dan zijn de pixels ter grootte van bijvoorbeeld een haar, dus 50 of 80 micrometer. De specifieke regio’s waar je op inzoomt, daar kun je 2 micrometer resolutie verkrijgen. Daar zou je losse cellen op kunnen herkennen. ‘Ze willen nu zelfs nog lager dan 1 micrometer gaan scannen, maar dat is nog in de testfase. Bij iedere scantijd die we krijgen, moeten we de tijd verdelen over verschillende projecten met verschillende organen. Iedereen staat paraat met de organen en dan kan het zijn dat de beamline ineens uitvalt. Zo gaat dat in de research, maar als het werkt heb je prachtige resultaten.’ Op basis van de overviewscans kan de onderzoeker plekken aanwijzen waarvan een dedicated scan wordt gemaakt. In de afgelopen drie jaar zijn proeforganen gescand waarbij gekeken werd naar wat het verschil tussen een ziek en een gezond orgaan is. De gebruikte organen komen van een anatomisch instituut in Frankrijk en het betreft lichamen die beschikbaar zijn gesteld aan de wetenschap. De eerste synchotronscans vielen samen met de coronaepidemie, waardoor een logisch gevolg was dat een gezonde long met een door corona aangetaste long is vergeleken. Inmiddels is het zover dat alle artsen wereldwijd gebruik kunnen maken van deze synchotron, mits er een goede onderzoeksvraag aan ten grondslag ligt.
De deeltjesversneller in Grenoble is geschikt voor hele menselijke organen.”
Covid
Begin 2020 legden de artsen prof. P.D. Lee, dr. M. Ackermann en prof. med. D. Jonigk contact over de vraag hoe de schade die door COVID-19 in longen ontstond, in kaart gebracht kon worden. Dr. Ackermann legde contact met het Europese Synchotron Radiation Facility (ESRF), waar tot op celniveau in organen gekeken kan worden. Dat komt met name doordat de Super Briljant Source, de krachtigste röntgenbron van de wereld, over een afstand van ruim 200 meter de stralen schiet, waarop erachter de detector die de röntgenstralen opvangt. Hierdoor zijn hele kleine wijzigingen in de richting van de stralen al contrastverschillen opleveren in het beeld. ‘Doordat de sample zo ver van de source staat, schieten de röntgenstralen daar zo doorheen dat ze divergeren waardoor ze de weefsels steeds op een net andere manier raken. Bij gewone röntgenfoto’s in het ziekenhuis, komen alle stralen er recht doorheen. Het zou kunnen dat als je de afstand vergroot, je een nog betere scan hebt, maar de kracht van de straling moet nog wel voldoende zijn. Daarom is er wel een einde aan.’
