Voor preklinisch onderzoek naar tumoren met levende muismodellen staat weten­schappers een scala aan beeldvormings­technieken ter beschikking. ‘Elke techniek kent voor- en nadelen. De kracht ligt in de combinatie.’

‘We zijn geïnteresseerd in het gedrag van tumorcellen, met name waarom ze uitzaaien. Daar­om willen we die cellen in de tijd kunnen volgen en zien welke de tumor verlaten’, zegt Jacco van Rheenen, hoogleraar intravitale microscopie bij het UMC Utrecht en groepsleider bij het Hubrecht Instituut. Met intravitale microscopie kun je met hulp van genetische technieken in levende proefdieren biologische processen op cellulair of subcellulair niveau volgen met hoge resolutie.

Imaging window

Om de van nature kleurloze (tumor)cellen te zien en verschillende celtypes van elkaar te onderscheiden, bouwt Van Rheenen het DNA in voor fluorescerende eiwitten. ‘Zo kunnen we transgene muizen maken waarvan de tumorcellen onder de microscoop groen oplichten en de macrofagen rood. Of muismodellen waarbij de tumorcellen niet alleen een kleur hebben, maar ook van kleur kunnen veranderen zodra hun gedrag wijzigt.’

‘Zo proberen we te begrijpen wat zich op celniveau afspeelt’

Om dat gedrag in vitro te filmen, gebruikt Van Rheenen infrarood multifoton-microscopie. Infrarood licht heeft een langere golflengte dan zichtbaar licht, waardoor het dieper in het weefsel kan dringen, ongeveer tot 1 mm. De muizen krijgen hiervoor een soort imaging window ingebouwd, een raamwerkje in de huid van de muis, waarachter het te onderzoeken orgaan ligt. ‘Na het filmen kun je de tumorcellen ook isoleren, op kleur scheiden en het DNA sequensen of het eiwitprofiel met massaspectrometrie bekijken. Zo krijg je van een tumortype ontzettend veel informatie en komen we weer een stap verder.’

Met de fluorescente trukendoos heeft Van Rheenen al een aantal opzienbarende ontdekkingen gedaan. Zo blijkt het overgrote deel van de tumorcellen maar een paar keer te delen en gaan ze dan dood. Een op de tienduizend deelt oneindig vaak. ‘Wanneer zo’n tumorstamcelcel uitzaait, zijn de poppen pas echt aan het dansen. Op dit moment zijn we bezig om te laten zien dat ook een ‘gewone’ tumorcel kan transformeren naar een stamcelachtige cel door stofjes die de immuun­cellen afscheiden, bijvoorbeeld na weefselbeschadiging door een biopsie. Als we begrijpen wat zich op celniveau afspeelt, kunnen we dat hopelijk in de toekomst bestrijden.’

Nanobodies

Een andere manier om in vitro tumoren of lichaamscellen in beeld te brengen, is eiwitten of antilichamen chemisch labelen met fluorescerende stoffen. Nick Devoogdt, hoogleraar moleculaire biologie bij het In vivo Cellulair en Moleculair Imaging lab (ICMI) van de Vrije Universiteit Brussel, zet hiervoor nanobodies in. Dit zijn kleine fragmenten (15 kDa) van antilichamen die voorkomen in kameelachtigen en specifiek kunnen binden aan receptoren op (tumor)cellen.

‘Antilichamen zijn niet perfect voor de beeldvorming’

‘Peptides hebben de voorkeur, omdat ze niet duur zijn en heel specifiek binden. Maar niet voor elk celtype of elke tumor is een goed peptide voorhanden. In plaats daarvan gebruiken onderzoekers vaak antilichamen. Het voordeel is dat de industrie die al heeft ontwikkeld voor immuuntherapie en ze dus beschikbaar zijn’, vertelt Devoogdt. ‘Eigenlijk zijn antilichamen niet perfect voor de beeldvorming. Een antilichaam blijft heel lang in het bloed circuleren. Dit geeft een hoge achtergrondsignaal en verminderd het contrast. Terwijl de essentie van beeldvorming is om zo hoog mogelijke contrast te krijgen.’

De nanobodies die Devoogdt ontwikkelt zijn tienmaal zo klein als een conventioneel antilichaam. Hierdoor plassen dier en mens alle fluorescerende fragmenten die niet binden gewoon weer uit, waardoor het achtergrondsignaal binnen een paar uur verdwenen is. Dit is interessant voor beeldgestuurde chirurgie. De chirurg kan de oplichtende tumorcellen heel precies wegsnijden, of juist oplichtende normale cellen sparen, zoals de zenuwbanen bij prostaatkanker. Verder wil Devoogdt nanobodies gaan inzetten voor andere therapeutische toepassingen door ze te koppelen aan radionucleotides om van binnenuit de resterende kankercellen na chirurgie aan te pakken.

Het Brusselse spinoff bedrijf Camel-IDS, waarvan Devoogdt medeoprichter is, gaat de nanobodytechnologie voor radio-immuuntherapie verder ontwikkelen. ‘Kankercellen doden is geen probleem. De kunst is om zo weinig mogelijk normale cellen te doden’, zegt Devoogdt. Bij de eerste proeven bleven die nanobodies nog plakken in de nieren. Pas met radioactief jood-131 en de juiste koppeling van radioactiviteit aan een nanobody lukte het om bij de proefdieren alleen ophoping in de tumor te krijgen. ‘We weten nog niet hoe, maar dit was een enorme doorbraak, de zogenoemde gouden kogel, waarmee we heel specifiek de tumor kunnen doden.’ Devoogdt hoopt in de toekomst voor elke kankersoort, en ook voor andere ziektes als hart- en vaatziektes, reuma en diabetes, eigen nanobodies te ontwikkelen voor de diagnostische beeldvorming.

Aangepaste apparatuur

Met moleculaire beeldvormingstechnieken, zoals positronemissietomografie (PET) en enkelvoudige fotonemissietomografie (SPECT), kun je dieper in het lichaam naar tumoren kijken, omdat de fotonen die je gebruikt meer energie bevatten. ‘De resolutie van die nucleaire technieken is in de orde van een paar millimeter. Daardoor zie je geen individuele cellen meer, maar wel de tumoren’, zegt Christian Vanhove, hoogleraar moleculaire beeldvorming en hoofd van Infinity, de preklinische onderzoeksfaciliteit van de Universiteit Gent. ‘Die technieken combineer je vaak met MRI en CT om gelijk de anatomie van het hele lichaam in beeld te brengen.’

Het lab van Vanhove gebruikt voor het translationele onderzoek aan kleine proefdieren dezelfde beeldvormingstechnieken als het ziekenhuis bij radiologie of nucleaire geneeskunde. De bestaande apparatuur is daarvoor aangepast. ‘Vooral om de resolutie te verbeteren. Wij wegen gemiddeld 70 kg, maar een ratje weegt 200 tot 300 g’, vertelt Vanhove. En een muisje weegt maar 20 tot 30 g. De Gentse spinoff Molecubes heeft dat opgepakt en compacte PET, SPECT en CT-scanners ontwikkeld voor kleine proefdieren. Die scanners kunnen gewoon op de labtafel staan.

‘Elke techniek biedt andere en aanvullende informatie’

Set aan technieken

Vanhove’s team werkt momenteel onder meer aan glioblastomen, zeer agressieve hersentumoren waarbij de overleving ongeveer een jaar is. ‘We proberen de therapie te verbeteren en zo de overleving te verlengen. De standaardbehandeling bestaat uit een combinatie van chirurgie, chemotherapie en radiotherapie. Die behandeling hebben we vertaald naar diermodellen’, legt Vanhove uit. ‘Nu willen we moleculaire beeldvormig gaan gebruiken om de agressievere delen van de tumor te lokaliseren en die vervolgens extra te bestralen in de hoop de tumor onder controle te krijgen. Daarvoor gebruiken we MRI om de tumor te lokaliseren, CT om de radiotherapie te berekenen en PET om het meer agressieve deel te vinden. Zo gebruik je een set aan technieken om tot een nieuwe therapie te komen.’

Vanhove: ‘De kracht van ons lab is dat we al die technieken bij elkaar hebben staan. Geen enkele techniek is namelijk perfect. MRI geeft scherpe anatomische plaatjes met veel detail, maar is niet gevoelig. De moleculaire technieken leveren misschien minder mooie beelden op, maar bevatten heel belangrijke biologische informatie. Zo biedt elke techniek andere en aanvullende informatie. Een patiënt komt ten slotte ook niet alleen naar de kliniek voor een PET-scan, maar krijgt tevens CT of MRI.’