ENGINEERINGNET.BE - Echografie speelde, tot voor kort, nauwelijks een rol bij het in beeld brengen van de kleinste structuren in ons lichaam, zoals cellen.
Wetenschappers van TU Delft, het Nederlands Herseninstituut en Caltech zijn er echter in geslaagd om specifiek gelabelde cellen in 3D in beeld te brengen met ultrageluid. Voor het eerst hebben ze levende cellen in hele organen afgebeeld in een volume zo groot als een suikerklontje.
Standaard lichtmicroscopen vereisen vaak niet-levende monsters voor de beeldvorming, aldus onderzoeker Baptiste Heiles. “Het relevante monster of orgaan moet worden verwijderd en verwerkt, waardoor je de mogelijkheid verliest om activiteit van cellen in de loop van de tijd te volgen.”
De huidige toonaangevende technologie om te onderzoeken hoe levende cellen zich in 3D gedragen, heet light sheet microscopy. Deze methode kan alleen doorzichtige of dunne monsters in beeld brengen, omdat licht niet dieper dan 1 mm in ondoorzichtig weefsel kan doordringen.
“Ultrageluid kan tot centimeters diep in ondoorzichtig zoogdierweefsel kijken, waardoor niet-invasieve beeldvorming van hele organen mogelijk is. Dit geeft ons informatie over hoe cellen zich in hun natuurlijke omgeving gedragen”, zegt hoofdonderzoeker David Maresca.
De sleutel tot deze innovatie in echografie, een methode die Nonlinear sound sheet microscopy heet, was de ontdekking van een geluidsreflecterende sonde die is ontwikkeld in het Shapiro Lab van Caltech.
Heiles: “Deze sonde is een met gas gevuld blaasje op nanoschaal dat oplicht in echobeelden, en zo cellen zichtbaar maakt. Deze blaasjes hebben een omhulsel van eiwitten. We kunnen ze zo ontwerpen dat we hun helderheid in beelden kunnen afstemmen. We hebben deze gasblaasjes gebruikt om kankercellen te volgen.”
Naast cellen heeft het onderzoeksteam ook haarvaten in de hersenen in beeld gebracht met ultrageluid. Daarvoor gebruikten ze microbellen als sondes die in de bloedbaan circuleren. Heiles: “Voor zover wij weten, is nonlinear sound sheet microscopy de eerste techniek die in staat is om haarvaten in levende hersenen weer te geven."
"Deze doorbraak heeft enorme potentie om zogeheten small vessel diseases bij patiënten vast te stellen.” Aangezien microbellen al zijn goedgekeurd voor gebruik bij mensen, kan deze techniek binnen enkele jaren in ziekenhuizen worden toegepast.
Ook kan sound sheet microscopy een grote bijdrage leveren aan biologisch onderzoek, zoals de ontwikkeling van nieuwe kankerbehandelingen. Maresca: “Onze beeldvormingstechniek kan gezond weefsel van kankerweefsel onderscheiden.
Ook kan het de necrotische kern van een tumor laten zien, waar cellen afsterven door een gebrek aan zuurstof. Dit kan helpen om de voortgang van kanker te volgen en de reactie op behandelingen.”
Op de afbeelding: Artist’s impression van de nieuwe techniek op basis van ultrageluid, genaamd non-linear sound sheet microscopy. De blauwe lijnen zijn twee geluidsgolven die elkaar kruisen in een X-vormig patroon om cellen en haarvaten in lichaamsweefsel te scannen. De cellen en haarvaten zijn gelabeld met echosondes (in cyaan en roze), waardoor ze oplichten in echobeelden.
