Voor het eerst in de geschiedenis is het onderzoekers van het Leids Universitair Centrum (LUMC) en Franse collega’s gelukt om met een nieuw ontwikkelde techniek de kleinste bloedvaten in het brein te zien en te meten. Deze nieuwe techniek kan helpen bij het vroegtijdig opsporen en behandelen van neurologsiche ziekten zoals: Alzheimer, Parkinson, diabetische vasculaire dementie en erfelijke ziekten als HHT, CADASIL en RVCL-S. Er kan daardoor mogelijk worden ingegrepen nog voordat er onomkeerbare hersenschade ontstaat.
Dit opent wegen voor nieuwe behandelingen waarmee kan worden ingegrepen voordat de ziekte zich volledig ontwikkelt. De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Biomedical Engineering. De onderzoekers hebben een apparaat ontwikkeld om de allerkleinste haarvaten in de hersenen (hersencapillairen) in hoge resolutie te kunnen bekijken. Ze zien daarmee niet alleen hun vorm, maar ook de functie. Ze kunnen zien hoe het bloed stroomt, hoe de vaten reageren en of er afwijkingen zijn.
Extreem kleine vaten
Met de huidige medische beeldvormingstechnieken, zoals MRI, een CT-scan of standaard echografie, zijn alleen de grotere bloedvaten zichtbaar. Toch bestaat 80 procent van onze bloedsomloop uit haarvaten. Dat zijn extreem kleine vaten met een diameter tot 5 micrometer (0,005 millimeter). Deze haarvaten waren tot nu toe onzichtbaar. "Er was geen apparaat om naar de kleinste bloedvaten diep in organen te kijken. De beste apparatuur die we hadden kon tot 0,1 millimeter inzoomen", zegt hoofdonderzoeker Franck Lebrin.
Bloedvaten zorgen voor het transport van bloed door het hele lichaam. Ze brengen zuurstofrijk bloed van het hart naar organen en weefsels, en voeren zuurstofarm bloed weer terug naar het hart en de longen. De allerkleinste bloedvaatjes, de haarvaten, zijn daarbij van cruciaal belang: zij leveren zuurstof en voedingsstoffen rechtstreeks aan de cellen. Dit stelt cellen in staat om goed te functioneren en gezond te blijven.
Tekort aan zuurstof
Soms werken deze haarvaten niet zoals ze zouden moeten. In de hersenen kan dat grote gevolgen hebben. Gebrekkige werking van haarvaten kan leiden tot een tekort aan zuurstof, het binnendringen van schadelijke stoffen en aanhoudende ontstekingen. Dit proces kan onomkeerbare hersenschade veroorzaken, wat uiteindelijk kan leiden tot dementie. Het probleem: de symptomen worden meestal pas zichtbaar als de schade al te ver gevorderd is om nog te behandelen. Toch beginnen de eerste veranderingen in haarvaten vaak al tot twintig jaar vóórdat de eerste symptomen van hersenschade zichtbaar worden. Met het nieuw ontwikkeld apparaat kunnen de onderzoekers nu deze vroege afwijkingen in beeld brengen.
Deze techniek is gebaseerd op een geavanceerde vorm van echografie. Volgens onderzoeker Lebrin is het apparaat veel preciezer dan eerdere methoden. “Stel je de bloedvaten van de hersenen voor als een wegennet. Voorheen konden we alleen de snelwegen zien. Nu zijn ook de provinciale wegen, straten en zelfs landweggetjes zichtbaar. We zijn in één klap van 20 procent naar 95 procent zichtbaarheid gegaan,” vertelt Lebrin enthousiast. Ze verwacht dat het binnenkort mogelijk is om ook de laatste 5 procent van de haarvaten zichtbaar te maken.
Helm
De nieuwe techniek werkt via een soort helm die op het hoofd wordt geplaatst en de hersenen scant. Er is geen operatie nodig, waardoor het onderzoek volledig niet-invasief is. In het laboratorium is de methode succesvol getest op muizen met HHT: een zeldzame erfelijke aandoening waarbij de haarvaten kwetsbaar en verwijd zijn en makkelijk bloeden. De oorzaak ligt vaak bij zogeheten pericyten. Dat zijn cellen die normaal gesproken de kleine bloedvaten stabiliseren en zorgen voor een goede werking van de bloed-hersenbarrière. Als deze cellen falen, ontstaan problemen.
Met het apparaat konden onderzoekers haarscherpe beelden maken van veranderingen in de bloedvaten, de bloedstroom en de vorming van abnormale verbindingen. Omdat de kleinste haarvaten bij muizen en mensen even groot zijn, is de verwachting dat de resultaten goed te vertalen zijn naar mensen.
Toepassing bij patiënten
Later dit jaar start een onderzoek bij patiënten met RVCL-S, een zeldzame erfelijke aandoening die de kleine bloedvaten aantast. Dit gebeurt in samenwerking met de afdeling Neurologie van het LUMC. Tegelijkertijd begint de onderzoeksgroep van Lebrin met het testen van nieuwe experimentele medicijnen die zijn gericht op pericyten. Dankzij het nieuwe apparaat kunnen ze het effect van deze middelen direct op de hersenvaten meten. De proefpersonen dragen de genetische mutatie voor RVCL-S of HHT, maar hebben nog geen klachten. Daardoor kunnen onderzoekers ingrijpen voordat de ziekte zich echt manifesteert.
Hoewel het onderzoek start met HHT, is het potentieel van de techniek veel groter. Volgens Lebrin kan het apparaat in de toekomst ook worden gebruikt voor het onderzoeken van bloedvaten in andere organen, zoals het hart en de nieren. Bij het LUMC wordt de technologie al ingezet om bij orgaandonatie te controleren of een donornier goed doorbloed is. In de toekomst zou de methode kunnen helpen om ook andere ziekten met vaatproblemen in een vroeg stadium op te sporen.
Van lab naar praktijk
Het onderzoek is een samenwerking tussen het LUMC en het Instituut voor Fysica van Geneeskunde in Parijs (onderdeel van het Franse instituut Inserm), dat het klinische systeem ontwikkelde. Deze samenwerking leidde tot de oprichting van een International JointLab en een spin-off bedrijf dat zich richt op behandelingen die aangrijpen op pericyten. Het project, genaamd MICROVASC, wordt gefinancierd door de Europese Innovatieraad (EIC) binnen de EIC Pathfinder Challenge van de Europese Unie.
Een andere manier om haarvaten en ook cellen in beeld te krijgen is onlangs bekend gemaakt door fysici van de TU Delft. Zij hebben een nieuwe microscopietechniek ontwikkeld waarbij ultrageluid wordt gebruikt. Daardoor worden haarvaten en cellen in levende organen zichtbaar. Voorheen was het nog niet mogelijk om dit goed in beeld te krijgen. De sleutel tot deze innovatie in echografie - een methode die Nonlinear sound sheet microscopy heet - was de ontdekking van een geluid reflecterende sonde die is ontwikkeld in het Shapiro Lab van Caltech.
