Uitzaaiingen bij kanker zijn vaak te wijten aan enkele afwijkende cellen. Die gedragen zich agressiever dan de andere kankercellen in een tumor. Miao-Ping Chien en Daan Brinks werken vanuit twee verschillende universiteiten samen aan een methode om die cellen op te sporen. Hun onderzoek is nu gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering.
Een patiënt met de diagnose kanker heeft steeds betere vooruitzichten, omdat medicijnen effectiever worden. Eén risico blijft echter bestaan. Nadat de tumor gekrompen is, kan die na een tijdje opnieuw uitgroeien en uitzaaien naar andere organen. De oorzaak voor deze agressieve verspreiding door lichaam ligt meestal bij een klein groepje cellen. “Deze kankerstamcellen gedragen zich anders dan de andere cellen en hebben daarom een grote invloed op het terugkomen van kanker”, vertelt Miao-Ping Chien van het Erasmus MC, die nauw samenwerkt met Daan Brinks van de TU Delft. Het is een kruisbestuiving tussen twee multidisciplinaire labs op slechts vijftien kilometer afstand van elkaar. Brinks: “Je springt zo op de fiets of in de auto naar het andere lab om nog even een paar testen te doen aan het einde van de dag.” Bijzonder aan hun verhaal is dat ze niet alleen collega’s zijn, maar ook partners. Het stel kwam samen naar Nederland om de krachten te bundelen in het onderzoek naar kanker.
Het opsporen van een paar cellen die zich anders gedragen in een tumor is al jaren een grote uitdaging in het kankeronderzoek. Chien: “We weten al heel lang dat ze er zijn, maar het is de heilige graal om precies die cellen te kunnen sequensen, dus om te weten welk DNA en RNA erin zit. De buitenkant van de cel bekijken, is namelijk niet genoeg bij deze bijzondere cellen. Daar zitten weliswaar kenmerkende stoffen aan, zogeheten biomarkers, maar bij zo’n agressieve cel zijn die nogal veranderlijk.” Om te weten hoe die cellen echt werken, moeten Chien en Brinks de genetische volgorde ontcijferen. Op die manier is beter te bepalen hoe deze cellen werken en ook hoe ze kunnen worden uitgeschakeld. Het bepalen van het genetische profiel van cellen kan al langer, maar van losse cellen is dat pas sinds een paar jaar mogelijk.
Afwijkend gedrag
Chien en Brinks moesten een heel aantal technieken combineren om zeker te weten dat ze de juiste cellen te pakken hadden. Door met twee labs te puzzelen en schaven aan een ingewikkeld proces is het nu mogelijk om agressieve kankercellen achtereenvolgens te vinden, op te laten lichten, te scheiden van de andere cellen en dan de RNA-volgorde te bepalen. “De eerste vraag was: hoe gedragen die agressieve cellen zich? We weten bijvoorbeeld dat ze zich meer verplaatsen dan andere cellen. Of ze delen zich niet in twee cellen, zoals bij een normale celdeling, maar in drie of vier cellen”, legt Chien uit. Ze moest dus op zoek naar zulke cellen in een biopt, een stukje kankerweefsel.
Filmen, belichten en analyseren
De twee onderzoekers hadden een microscoop nodig die een zeer groot aantal cellen tegelijk in beeld kon brengen en software om de beelden te analyseren. Samen ontwikkelden ze met de mensen in hun labs een microscoop die continu de beelden bestudeert en ‘ziet’ welke cellen afwijkend gedrag vertonen. Dat gedrag van agressieve kankercellen speelt zich af op een tijdschaal van minuten tot uren, maar het analyseren moet veel sneller gebeuren. “Je wilt immers niet dat de gevonden cellen zich alweer verplaatst hebben”, legt Brinks uit. De microscoop stuurt vervolgens een lichtstraaltje naar de gevonden agressieve kankercellen. Die lichten op, omdat het weefsel van tevoren is behandeld met een speciale stof. Vervolgens worden de oplichtende cellen geselecteerd, die dan klaar zijn voor RNA-volgordebepaling en analyse. Ze hebben genoeg aan een paar cellen tot een paar honderd cellen.
Medicijnen
“We kunnen nu het genetische profiel van de agressieve kankercellen achterhalen. Dat kon eerst nog niet zo goed, want je moet alle uitdagingen van de beeldvorming, het selecteren en het bepalen van de RNA-volgorde in één keer aangaan. Alles moet goed werken in het proces”, zegt Chien. “En als je weet wat er in die cellen gebeurt, dan kun je daar medicijnen op ontwikkelen. We hebben al een mechanisme ontdekt in een paar maanden tijd, waar anderen een paar jaar voor nodig hadden met de bestaande technieken. Daar kwamen we toevallig rond hetzelfde moment mee naar buiten. Misschien kan het met onze methode uiteindelijk in een paar weken." De twee zijn inmiddels bezig een bedrijf op te richten onder de naam UFO Biosciences, zodat onderzoekers van over de hele wereld celmonsters of stukjes kankerweefsel kunnen opsturen voor analyse. Daar is volgens hen al veel interesse voor vanuit andere universiteiten en onderzoeksinstituten.
Video UFO Biosciences
Multidisciplinair werken
Het is niet toevallig dat Chien en Brinks de samenwerking opzochten toen zij hun labs in Rotterdam en Delft opzetten. Zij leerden elkaar kennen toen zij allebei aan de Harvard University in de VS werkten. Chien vertelt hoe ze daar getraind werden in het multidisciplinair werken: “Ik heb in Harvard zo’n brede achtergrond gekregen, omdat ik me heb verdiept in de kankerbiologie en de biochemie, en ook in de technische kant. Sindsdien ligt mijn hart bij het ontwikkelen van nieuwe methodes in de kankerbiologie.” Brinks voegt nog de neurowetenschappen en de natuurkunde toe aan de vakgebieden waar hij zich in Harvard mee bezig hield. Ze vonden het vooral prettig dat iedereen die daar werkte van alle vakgebieden verstand moest hebben. Brinks: “Het waren geen verschillende vakgebieden naast elkaar. In mijn ogen vertraagt dat namelijk de samenwerking. Je moet dan veel uitleggen voordat je verder kunt. Dat hoeft bij ons dus niet. Wij hebben wel onze eigen expertises, maar ook een brede achtergrond. Daardoor spreken we elkaars taal en kunnen snel voortbouwen op elkaars ideeën. Met Miao-Ping kan ik soms in een avondje een nieuw idee uitwerken.”
Delft en Rotterdam
Het project van Chien en Brinks is een voorbeeld van de groeiende samenwerking tussen onderzoeksgroepen aan de TU Delft en het Erasmus MC. Voor Brinks en Chien is dit een natuurlijke manier om onderzoek te doen en volgens Brinks één die gelukkig past bij een al bestaande mentaliteit in Delft en Rotterdam. Inmiddels smeden de twee universiteitssteden ook een sterkere band onder de naam Convergence for Health and Technology. Zo zijn er Convergence Squares, ontmoetingsplaatsen om ideeën uit te wisselen. Verder komen er meer gezamenlijke projecten en onderzoekers die voor twee van de drie organisaties werken, dus voor de TU Delft en voor de Erasmus Universiteit of het Erasmus MC. Brinks: “De instituten gaan hier nu een infrastructuur voor opzetten. Wij hadden het geluk van onze situatie en achtergrond, maar deze gezamenlijke manier van werken zou nu ook makkelijker en meer standaard voor iedereen moeten worden.”
