Het onzichtbare zichtbaar maken

Prof.dr. Klaas Nicolay – Biomedical NMR

Als je tegenwoordig in een ziekenhuis komt, wordt er bijna altijd een ‘plaatje’ van je gemaakt. Vaak gaat het daarbij om een MRI-scan. Deze techniek is inmiddels ruim dertig jaar oud, maar hoor Klaas Nicolay erover praten en je krijgt de indruk dat het pas in de kinderschoenen staat. De hoogleraar Biomedical NMR zoekt naar manieren om de technologie van MRI te verbeteren en verfijnen om betere diagnoses of behandelingen te kunnen geven bij ziektes als kanker, hart- en vaatziekten en diabetes type 2.

Het apparaat ziet er vrij angstaanjagend uit, maar ziekenhuizen kunnen tegenwoordig nauwelijks zonder, een MRI-scanner. Uitgevonden in de jaren zeventig van de vorige eeuw – wie nu precies de rechtmatige ontdekker was, was jarenlang onderwerp van controverse – heeft de techniek in de afgelopen decennia talloze disciplines binnen de geneeskunde grondig hervormd. Voor bijna alle indicaties wordt tegenwoordig MRI gebruikt om een diagnose te stellen of bijvoorbeeld het effect van een behandeling te meten. Ook in andere vakgebieden duikt MRI op, bijvoorbeeld om kunstobjecten of archeologische vondsten mee door te lichten, of de binnenkant van industriële materialen of voedingsmiddelen te bestuderen.

Magneetvelden

MRI is een afkorting van magnetic resonance imaging en gebruikt krachtige magneetvelden om atomen in een bepaalde magnetische toestand te brengen. Radiogolven zorgen vervolgens dat deze atomen een signaal afgeven, waarmee ze zichtbaar gemaakt kunnen worden. Meestal gaat het hierbij om waterstofatomen. Biologische weefsels bevatten veel water, en bovendien verschilt de concentratie water per weefsel zodat weefsels op een MRI-scan duidelijk van elkaar zijn te onderscheiden.

Met MRI kan dus nu al veel, maar er kan nog zoveel meer, zegt Klaas Nicolay, hoogleraar Biomedical NMR aan de faculteit Biomedische Technologie (NMR is de vroegere term voor de techniek). Hij onderzoekt manieren om de technologie verder te verbeteren en verfijnen om MRI nog functioneler te laten zijn. Nicolay: “Een techniek van ruim dertig jaar oud klinkt misschien vrij volwassen, maar vergeleken met andere beeldvormingstechnieken is het heel jong. Het onderzoek breidt zich nog steeds vrij onstuimig uit, er zijn nog zoveel mogelijkheden om te exploreren.”

Snellere scans

Een van de zaken waar Nicolay zich op richt is de snelheid van een scan. “MRI is aan de trage kant, zeker als je het bijvoorbeeld vergelijkt met het maken van een CT-scan”, zegt Nicolay. “Iemand moet zo’n vijf minuten stilliggen in de scanner voor een foto, dat is te lang. Zeker als je bedenkt dat een arts vaak het probleem van verschillende kanten wil bekijken. Bijvoorbeeld om de omvang of agressiviteit van een tumor nauwkeurig te kunnen bepalen. Dan moet je nóg langer in de scanner liggen. We willen het maken van een scan sneller maken, zonder aan informatiedichtheid te verliezen.”

Ook zoekt hij manieren om nieuwe soorten informatie uit een MRI-scan te halen. “Vroeger kreeg je gewoon een zwart-wit plaatje en dat was het dan. Tegenwoordig kun je aan allerlei knoppen draaien, zodat de kans veel groter is dat je iets zinnigs uit een analyse krijgt.” Hij doelt dan met name op de eigenschappen van water in weefsels. “Een verschil in concentratie aan water kan bijvoorbeeld contrast geven op een scan, maar eigenlijk kun je alle eigenschappen van water gebruiken als bron van contrast”, aldus Nicolay. 

Diffusie

Een voorbeeld daarvan, waar Nicolay zich al een aantal jaar op richt, is de diffusie van water, ofwel de beweging van watermoleculen. “Als gevolg van de zogenoemde Brownse beweging verplaatsen watermoleculen zich voortdurend”, legt hij uit. “In een flesje water kan een individueel watermolecuul zich bijvoorbeeld in alle richtingen verplaatsen met dezelfde waarschijnlijkheid, maar in biologisch weefsel kunnen cellen en structuren barrières opwerpen. Door de diffusie van water te meten met MRI kun je dus zulke structuren indirect zichtbaar maken.”

Dit biedt ongekende mogelijkheden voor het afbeelden van bijvoorbeeld vezelstructuren in weefsels waarin dat van belang is, zoals bijvoorbeeld hartspier, skeletspieren of de witte stof in de hersenen. “Maar denk ook aan de effecten van chemotherapie bij een tumor”, zegt Nicolay. “Als de chemotherapie werkt zie je dat cellen krimpen en worden de watermoleculen in een tumor beperkt in hun diffusie. Op een diffusie MRI-scan valt zoiets meteen op.”

Tumoren

Om MRI fundamenteel te kunnen verbeteren dien je uiteraard kennis te hebben van een ziekteproces of orgaan. Nicolay en zijn groep richten zich voornamelijk op tumoren, cardiovasculaire aandoeningen en metabole ziektes als diabetes type 2. Vooral als het gaat om tumoren probeert de groep een beter begrip van het ziekteproces te krijgen, met name in beginstadia. “Onze ambitie is om hele vroege afwijkingen te vinden om in een vroeg stadium het ziekteproces te kunnen voorkomen of om te buigen”, zegt Nicolay. Samenwerking met de kliniek is hierbij essentieel, benadrukt hij. “We werken samen met UMC’s in heel Nederland en er is een hoofdverbinding met UMC Utrecht en Universiteit Utrecht.”

Ook als het gaat om behandeling van tumoren ontstaan in de groep nieuwe, veelbelovende concepten waarbij nanomedicijnen gericht tumoren zouden kunnen bestrijden. Zo werkt prof. Holger Grüll binnen de groep aan warmtegevoelige nanobolletjes die openbarsten bij 41 graden Celsius. De bolletjes worden gevuld met medicijn en contrastmiddel dat met een MRI-scanner te detecteren is. Door de tumor plaatselijk te verhitten barsten de bolletjes daar open en geven ze hun medicijn vrij. Het afgelopen jaar is hierin veel vooruitgang geboekt.

Bijzondere motivatie

De mensen voor wie Nicolay en zijn groep werken, de patiënten, staan in de dagelijkse praktijk misschien redelijk ver af, maar er zijn momenten dat het persoonlijk contact er is. En dat is belangrijk, vindt hij. “Het perspectief van patiënten en organisaties is belangrijk voor de sturing en motivatie van je werk. Het zorgt er ook voor dat jonge onderzoekers beseffen dat de keuzes die zij maken consequenties hebben voor mensen.”

Patiënten helpen daarnaast om onderzoekers af en toe met beide benen op de grond te brengen, lacht Nicolay. “Als je als techneut heel enthousiast bent over een ontwikkeling kunnen ze je een spiegel voorhouden. Dan zeggen ze dingen als: ‘Mooi, maar is het niet belangrijker om..’, of: ‘laat het eerst maar eens zien’.”

Die patiënten is waar Nicolay het voor doet en waar hij ook zijn voldoening uit haalt. “Ik vind het echt geweldig om dit onderzoek te doen, overal heeft de technologie impact. Eigenlijk ben je op een koele, intelligente en wetenschappelijk verantwoorde manier bezig, maar ook duidelijk is dat een aantal van deze technieken helpen de zorg te verbeteren. Als je ziet wat het bij patiënten kan bijdragen, dan geeft dat een bijzondere motivatie.”

Korte bio

1951: Geboren in Stiens (Friesland)
1983: Gepromoveerd aan Rijksuniversiteit Groningen
1983: Post-doctoraal onderzoeker aan Universiteit Utrecht, gefinancierd door KWF Kankerbestrijding
1985: Gastwetenschapper University of Basel, Zwitserland
1987: Wint Huygens Fellowship van NWO
1991: Hoofd van in vivo NMR-faciliteit aan Universiteit Utrecht
1998: Zijn onderzoeksgroep sluit aan bij Image Sciences Institute van UMC Utrecht
1999: Hoogleraar Biomedical NMR aan TU Eindhoven

Terug naar het overzicht