Kleine magneetjes in het lichaam helpen bij de diagnose en behandeling van tumoren. De medische zorg op maat heeft minder neveneffecten.
Je kent het wel, je voelt je ziek en gaat naar de dokter. Op basis van je klachten is er verder onderzoek nodig om je goed te behandelen. Na het wachten op de resultaten en hun analyse, blijkt dat je kanker hebt. De dokter start een therapie op, maar helaas met veel neveneffecten zoals haaruitval, misselijkheid en vermoeidheid. Zou het niet aangenamer zijn als je meteen een diagnose en behandeling op maat krijgt, met minder neveneffecten?
Onderzoekers aan de Universiteit Gent ontwikkelden een beeldvormingstechniek om kleine magneetjes, geïnjecteerd in het menselijk lichaam, te lokaliseren. Dankzij deze ontwikkeling kunnen we de magneetjes gebruiken voor zowel diagnose als therapie van bijvoorbeeld tumoren. Deze medische zorg op maat is sneller en heeft minder neveneffecten.
Nieuwe beeldvormingstechniek
Wij ontwikkelden een beeldvormingstechniek die dit mogelijk maakt. Onze techniek bepaalt de positie en hoeveelheid van kleine magneetjes in het lichaam. Deze zogenaamde magnetische nanodeeltjes zijn zo klein - 1000 maal kleiner dan de dikte van een haar - dat ze na injectie elke plaats in het menselijk lichaam bereiken. Op die manier zetten we de magneetjes in om ziektes te detecteren, lokaal geneesmiddelen af te geven en ongezonde cellen te vernietigen. De huidige medische beeldvormingstechnieken, zoals MRI of CT, zijn niet altijd nauwkeurig genoeg om de deeltjes te detecteren. Daardoor was het tot nu toe onmogelijk om medische toepassingen op basis van magneetjes realiseren.
In onze beeldvormingstechniek stellen we de nanodeeltjes bloot aan verschillende magnetische velden. De magnetische nanodeeltjes reageren op deze velden, net zoals een kompasnaald in de richting van het aardmagnetisch veld wijst.
In tegenstelling tot de kompasnaald die altijd het noorden aanwijst, leggen wij veel complexere velden aan om een zeer specifiek gedrag bij de magneetjes uit te lokken. Dit gedrag meten wij op, en zetten we via uitdagende computerberekeningen om in informatie over de positie en hoeveelheid van de deeltjes.
Enkele tests van onze beeldvormingstechniek in het lab. Links: in de glazen houdertjes zitten magnetische nanodeeltjes. Deze houders kunnen we op verschillende posities plaatsen om zo andere samenstellingen van de deeltjes te bekomen. Rechts: houders voor nanodeeltjes in de vorm van een konijn.
Met het model dat we daarvoor ontwikkelden, onderzoeken we in het bijzonder welke magnetische velden je moet aanleggen om heel nauwkeurig de locatie en hoeveelheid van de magneetjes te bepalen. Zo zijn we in staat om de juiste magnetische velden te selecteren en een heel nauwkeurig beeld van de nanodeeltjes te krijgen. De nieuwe beeldvormingstechniek was geboren.
Kleine magneetjes met uiteenlopende toepassingen
Onze beeldvormingstechniek realiseert heel wat toepassingen van magnetische nanodeeltjes. Zo koppelen de deeltjes zich bijvoorbeeld aan ontstekingen en tumoren. Om dan de locatie hiervan te kennen, moeten we nauwkeurig weten waar de deeltjes zich bevinden.
Vaak plaatsen we ook nog een medicijn binnen in de magneetjes. Dit medicijn bestrijdt direct de tumor of de ontsteking. Belangrijk hierbij is dat we het medicijn alleen loslaten als de magneetjes in de ongezonde cellen zitten, en niet in de gezonde. Op die manier geven we enkel medicijnen af waar nodig. Dit laat een kleinere dosis van het geneesmiddel toe en beperkt de kans op neveneffecten in vergelijking met de traditionele inname van medicijnen. Door de hoeveelheid magneetjes op elke plaats op te volgen, zijn we meteen ook zeker dat de dosis voldoende is.
We kunnen de magneetjes ook van op afstand opwarmen, waardoor de temperatuur in de omliggende cellen stijgt. Als de temperatuur voldoende hoog is, sterven de cellen af en gaat bijvoorbeeld de tumor kapot. Door de positie van de nanodeeltjes te kennen, vallen we alleen het ongezonde weefsel aan en blijven de gezonde cellen gespaard. De hoeveelheid magneetjes bepaalt mee de temperatuursverhoging en moeten we dus ook kennen.
Ook hier is er een groot voordeel tegenover huidige behandelingstechnieken zoals chemotherapie. Chemo valt vaak zowel de gezonde als kwaadaardige cellen aan, en kent zo veel neveneffecten zoals haaruitval, misselijkheid en vermoeidheid.
Van zwart-wit naar kleurenbeelden
Onze beeldvormingstechniek heeft nog een bijkomend voordeel. Zo visualiseert ze niet alleen de positie en hoeveelheid aan nanodeeltjes, ze doet dit ook voor meerdere soorten deeltjes tegelijkertijd. De reactie van de nanodeeltjes op de magnetische velden is immers ook afhankelijk van de eigenschappen van de magneetjes, zoals het materiaal waaruit ze gemaakt zijn.
In één geneeskundig onderzoek kunnen we vanaf nu dus meerdere medische toepassingen combineren. Elke toepassing heeft namelijk zijn eigen soort nanodeeltje. Zo zijn bepaalde materialen voor nanodeeltjes gemakkelijker op te warmen. Dit maakt ze ideaal voor de bestrijding van tumoren. Andere materialen laten zich dan weer gemakkelijker koppelen aan ziekteverwekkers, zodat de deeltjes beter in staat zijn om ziektes te detecteren.
Door alle toepassingen te combineren, laten magnetische nanodeeltjes een meer flexibele en persoonlijke behandeling toe. Dit is zeer belangrijk voor de behandeling van kanker bijvoorbeeld, dat een breed ziekteprofiel heeft en zich anders uit bij verschillende personen. Daarom werkt een bepaald medicijn zeer goed bij de ene persoon, maar niet goed bij de andere. Door magnetische nanodeeltjes te gebruiken, volgen we gelijktijdig verschillende behandelingsstrategieën en werken we zo de verschillen weg. Onze beeldvormingstechniek biedt dus een persoonlijke en succesvolle behandeling aan.
Deze volgende stap in onze beeldvormingstechniek realiseerden we door samen te werken met het Duitse nationale meetinstituut in Berlijn. Zij meten nauwkeurig de eigenschappen zoals materiaal en grootte van de soorten magneetjes op die wij dan in rekening brengen in onze modellen. Op die manier weten we waar elk soort nanodeeltje zich bevindt. Hierbij geven we aan elke soort een kleur. De kleurintensiteit bepaalt dan hoeveel deeltjes er op die plaats zitten. Zo visualiseren we met onze uitbreiding op een eenvoudige wijze meerdere soorten nanodeeltjes.
Door de verschillende toepassingen samen te voegen, bieden we patiënten een snellere behandeling aan die persoonlijker, flexibeler en nauwkeuriger is, en minder nevenwerkingen heeft. Wie weet krijg je in de toekomst bij de dokter gewoon een spuitje met magnetische nanodeeltjes, waardoor de dokter meteen een correcte diagnose kan stellen en gelijktijdig de behandeling kan beginnen.
Voor haar onderzoek naar een beeldvormingstechniek voor tumoren is Annelies Coene (Ingenieurswetenschappen, UGent, FWO) genomineerd voor de Vlaamse PhD Cup 2018. www.phdcup.be
