Geneeskunde wordt steeds meer ‘op maat’. One-size-fits-all-benaderingen maken plaats voor gepersonaliseerde behandelingen, bijvoorbeeld voor kanker en hart- en vaatziekten. In het 4TU-programma Precision Medicine werken wetenschappers aan dit doel door medische beeldvormingstechnieken te verbeteren. Het is een vruchtbare interactie tussen wetenschap en klinische praktijk.
Tekst: Nienke Beintema | Photography: Dieuwertje Bravenboer
Geen twee patiënten zijn hetzelfde, ook al hebben ze dezelfde ziekte. Of ze nu kanker, een hart- of neurologische aandoening hebben, hun ziekten kunnen verschillen als dag en nacht. Een lever- en een borsttumor kunnen bijvoorbeeld meer op elkaar lijken dan twee verschillende borsttumoren.
De klinische praktijk houdt daar steeds meer rekening mee. Wetenschappers zoeken naar manieren om hun patiënten en hun ziekten steeds beter te karakteriseren. Dat is nodig voor behandelingen op maat. Zo pakken ze niet alleen de ziekte effectiever aan, maar beperken ook negatieve bijwerkingen.
“Vroeger kreeg iedere kankerpatiënt een algemene chemotherapie, een vrij drastische aanpak. En dan hoopte je maar dat die chemo vooral de kanker zou schaden”, zegt cardioloog Thomas Treibel van University College London. "Nu gebruiken we beeldvormende, moleculaire en hormoonanalyses om de kanker te karakteriseren. Vervolgens kunnen we de patiënt heel specifieke medicijnen geven, in heel specifieke hoeveelheden. Ons doel is om deze aanpak ook te vertalen naar de cardiologie.”
“Beeldvorming is de ruggengraat van deze karakterisering”, zegt Sebastian Weingärtner, universitair docent aan de TU Delft. “Ik zou wel willen beweren dat beeldvorming de ‘precisie’ in ‘precisiegeneeskunde’ brengt.” Beide wetenschappers kennen elkaar al vele jaren. Ze hebben in verschillende projecten samengewerkt, ook tijdens de eerdere functies van Sebastian.
Beeldvorming als ruggengraat – is dat waarom 4TU Precision Medicine specifiek is gericht op beeldvorming?
Sebastian: “Ja. Als je een patiënt effectief wilt behandelen, is een nauwkeurige diagnose de allereerste stap. Kenmerken zoals bloedwaarden, lichaamstemperatuur en andere biometrie zijn allemaal ‘systemisch’: ze vertellen je over de toestand van het hele lichaam. Maar beeldvorming kan je precies vertellen wat er aan de hand is en waar. Beeldvorming is de enige manier om dat detailniveau te krijgen.”
Thomas: “Wij cardiologen kunnen een elektrocardiogram maken, of op zoek gaan naar bepaalde peptiden die een indicator zijn voor hartfalen. Maar geen van deze gegevens toont enig detail van de werkelijke schade aan het hart. Zit die bijvoorbeeld links of rechts? Daarom kun je een patiënt alleen generieke medicijnen geven. Beeldvorming zoals MRI geeft je exacte details over littekens in het spierweefsel, of over waarom een hartklep niet goed functioneert.”
Sebastian, jij bent natuurkundige. Hoe helpt natuurkunde om MRI te verbeteren?
Sebastian: “Het geniale van MRI zit hem in de fysica. De verschillen tussen MRI-apparaten die je in verschillende ziekenhuizen aantreft, zitten hem niet zozeer in de hardware van de apparaten zelf, maar vooral in de programmering van de onderliggende natuurkundige verschijnselen en in de data-analyse. Door aan de onderliggende fysica te sleutelen, kunnen we een schat aan nieuwe informatie ontsluiten. Dat is wat MRI onderscheidt van andere beeldvormende technieken.”
Thomas: “Ook bij andere technieken, zoals echografie en röntgen, gaat het om het uitzenden en ontvangen van signalen. Maar het verschil is: met MRI kan Sebastian het signaal programmeren dat de magneet uitzendt, wat invloed heeft op het signaal dat terugkomt bij de sensor [zie tekstkader, red.]. Dat bepaalt het beeld dat we vervolgens kunnen gebruiken voor diagnostiek.”
Sebastian: “Een MRI-apparaat kan enorm veel contrasten detecteren. We kennen nog maar het topje van de ijsberg van alle informatie die we uit deze gegevens kunnen halen.”
Hoe bereikt jouw onderzoek de kliniek?
Sebastian: “Als er nieuwe ontwikkelingen zijn in de wetenschap achter MRI, hoeven ziekenhuizen hun apparaten niet te vervangen. Ze hoeven alleen maar aan te passen wat het apparaat doet, wat relatief eenvoudig is. Wat ik vandaag ontwikkel, kan volgende week in de praktijk worden toegepast. De doorlooptijden zijn extreem snel.”
Thomas: “Als Sebastian een nieuw algoritme schrijft, hoeven we alleen maar een software-upgrade te krijgen, en dan krijgen we bijvoorbeeld meteen een scherper of stabieler beeld.”
Welk voordeel heeft dit voor de patiënt?
Thomas: “De patiënt is natuurlijk gebaat bij een snellere en betere diagnose, en dus een gerichtere behandeling. Maar verbeterde MRI is ook patiëntvriendelijker. Bij University College London onderzoeken we hoe je MRI kunt inzetten in plaats van een invasieve biopsie bij vermoedelijke prostaatkanker. Er is een kostenaspect, maar zeker ook meer comfort en veiligheid voor de patiënt. De voordelen voor de patiënt zijn enorm.
Nog een voorbeeld: bij een hart-MRI moet de patiënt plat liggen en zijn adem inhouden tijdens het scannen. Met een verhoogde beeldstabiliteit gaat het scannen aanzienlijk sneller. Sebastian schreef bijvoorbeeld een algoritme waardoor we weefselveranderingen in het hart kunnen kwantificeren met één ademteug.”
Hoe belangrijk is samenwerking tussen wetenschap en kliniek, zoals in het 4TU-programma?
Sebastian: “Laten we eerlijk zijn: betere MRI-technologie is niet waar de gemiddelde cardioloog dagelijks mee bezig is. Het is onze taak als wetenschappers om met verbeteringen te komen en deze vervolgens te verspreiden onder ziekenhuizen, als de techniek nuttig blijkt te zijn.”
Thomas: “Maar om aan te tonen dat die nuttig is, moet je concreet bewijs verzamelen. Niet alleen van de economische voordelen, maar ook van de voordelen voor de patiënt, zowel op korte als op lange termijn. Daarvoor is een effectieve samenwerking nodig tussen academische instellingen en de kliniek. Niet alleen voor kennisuitwisseling, maar ook gewoon om genoeg patiënten te hebben. Dat vraagt om een internationaal netwerk. Ik werk nu al jarenlang samen met Sebastian en ook met andere wetenschappers in Europa en elders in de wereld.”
Sebastian: “Bij 4TU werken we nauw samen met klinische centra, zoals Holland Proton Therapy Centre, waar ik het grootste deel van mijn MRI-onderzoek doe. Maar ook met academische ziekenhuizen in Nederland en veel klinische partners in het buitenland. Het 4TU-programma past in dit grotere internationale netwerk en profiteert daarvan. Maar het werkt twee kanten op: het programma helpt ook de nationale onderzoeksagenda vooruit. Het brengt wetenschappers bijeen uit disciplines die normaal niet met elkaar zouden samenwerken.”
En hoe zit het met de samenwerking met het bedrijfsleven?
Sebastian: “We werken ook nauw samen met grote spelers in de industrie, zoals Philips. Ook hier werken de voordelen twee kanten op.”
Thomas: “En ziekenhuizen hebben er ook baat bij. Als we onze scans sneller en beter kunnen maken en meer gegevens kunnen genereren, verbeteren we de gezondheid en het comfort van de patiënt, en hebben we een beter diagnostisch rendement in dezelfde hoeveelheid tijd. Dit wordt steeds belangrijker, want naar verwachting zal de ziektelast blijven stijgen, bijvoorbeeld door vergrijzing en de nasleep van Covid. We moeten onze diagnostiek blijven versnellen en verbeteren. Een snellere, fysica-gedreven aanpak kan daarvoor zorgen.”
Wat zijn de belangrijkste uitdagingen op weg naar klinische toepassing?
Sebastian: “Nadat wij als natuurkundigen op kleine schaal hebben laten zien dat onze innovaties een verschil kunnen maken, moeten we aantonen dat ze breder toepasbaar zijn, in veel verschillende centra. Dat soort onderzoek is een stuk moeilijker te financieren. Dat is waar programma’s als 4TU Precision Medicine het verschil kunnen maken.
En er zijn ook veel wettelijke regels waar we rekening mee moeten houden. Op weg naar de kliniek zijn er dus altijd hiaten te overbruggen. Het is een lange en ingewikkelde weg.”
Ben je daar optimistisch over?
Thomas: “Het is geen kwestie van optimisme of pessimisme. Het is een kwestie van tijd. De techniek moet zo solide zijn dat we op basis daarvan beslissingen kunnen nemen over leven en dood. Dat vraagt om geduld. Het is bijvoorbeeld een hele opgave om een innovatie in alle Nederlandse ziekenhuizen door te voeren. Maar uiteindelijk kan het voor honderdduizenden mensen het verschil maken, dus het is echt de moeite waard. En in de tussentijd gebruiken we al steeds geavanceerdere beeldvorming bij onze patiënten, waardoor we meer informatie van betere kwaliteit kunnen verkrijgen en meer op maat kunnen behandelen.”
Sebastiaan: “O, zeker. Elke kleine innovatie maakt al een verschil voor patiënten. Geavanceerde MRI is een klinisch werkpaard. Het is niet iets wat we in ons lab in elkaar sleutelen en waar dan misschien drie mensen iets mee doen. We zien de ontwikkelingen versnellen in klinieken over de hele wereld. Behoorlijk duizelingwekkend.”