Een aantrekkelijke open werkplek creëren waar je makkelijk bij elkaar binnen loopt. Dat hadden de oprichters van het Holland Protonen Therapie Centrum (HollandPTC) voor ogen. Een plek waar nieuwe ideeën ontstaan die medici of ingenieurs misschien niet bedacht zouden hebben als ze niet intensief met elkaar samenwerken. Bijvoorbeeld het idee om de medische beeldvorming te verbeteren met nieuwe röntgentechnologie die zachte weefsels beter zichtbaar maakt op het moment dat de protonentherapie plaatsvindt. Medici wisten niet dat dat in theorie kon. Op de röntgenbeelden die ze nu nog tijdens de bestraling gebruiken om de locatie van een tumor live te volgen zijn vooral de botten goed zichtbaar.

Dat bestralen gebeurt bij HollandPTC met een bundel van protonen die met een enorme snelheid naar een tumor toe bewegen. Met een zogenoemde cyclotron en grote magneten worden protonen versneld tot twee derde van de lichtsnelheid. Als de protonenbundel door het lichaam beweegt, komt er weinig energie vrij en treedt er dus weinig beschadiging van weefsel op. Bijna alle energie komt namelijk op één plaats vrij, op de plaats waar de protonen tot stilstand komen. De diepte waarop dat gebeurt is in te stellen. En zo kun je specifiek tumorweefsel aanpakken. 

‘Je kunt het enigszins vergelijken met de plek waar een bal de kegels raakt op een bowlingbaan’, licht de Delftse hoogleraar Marco van Vulpen toe. ‘Daar verliest de bal bijna al zijn energie.’ Het grote voordeel: minder bijwerkingen omdat gezond weefsel  nauwelijks beschadigd raakt.

Veel patiënten hebben er al baat bij, maar de technologie is nog lang niet uitontwikkeld. ‘Er valt nog veel te verbeteren.’ Dat zien ook leveranciers van medische apparatuur. Industriële partners als Varian, RaySearch, Siemens en Philips brachten al meer dan tien miljoen euro in voor HollandPTC-onderzoek. Binnen het centrum, dat vier jaar geleden zijn deuren voor patiënten opende, werken momenteel zo’n veertig promovendi en er is financiering geregeld voor nog tien jonge onderzoekers. De promovendi werken zowel bij HollandPTC zelf als op de drie betrokken universitaire centra. Naast de TU Delft zijn dat ook het Erasmus Medisch Centrum en het Leids Universitair Medisch Centrum. 

Snellere dosisvoorspelling

Artsen verwijzen elk jaar meer patiënten door naar een centrum voor protonentherapie. De capaciteit van de bestralingstoestellen is echter beperkt. Daarom vindt er niet alleen onderzoek plaats naar hoe de technologie te verbeteren is, maar ook naar de vraag voor welke patiënten protontherapie de meeste meerwaarde oplevert. 

Een ander belangrijk doel: uitzoeken hoe beperkt beschikbare zorgmedewerkers meer patiënten kunnen behandelen op een dag dan nu. Het ontwikkelen van nieuwe rekenmethoden waarmee medici sneller een nauwkeurige dosisvoorspelling kunnen maken, kan daarbij helpen. De expertise van het Reactor Instituut op gebied van rekenmethoden rond straling komt hierbij goed van pas. En onderzoek naar “sensitizers”, chemische stoffen waarmee tumorcellen extra gevoelig te maken zijn voor protonenbestraling, kan op termijn mogelijk de behandelduur verkorten.
 

Kopje koffie

Artsen en ingenieurs innig laten samenwerken, is niet altijd makkelijk. ‘Ze spreken van huis uit een verschillende taal en werken met totaal verschillende tijdlijnen’, licht Van Vulpen toe. Artsen werken bovendien altijd onder tijdsdruk om de behandeling van hun patiënt zo snel mogelijk te starten om hun overlevingskans zo groot mogelijk te maken.

‘Als ingenieurs zijn we gewend om vijf jaar of langer aan een nieuwe technologie te werken. Dat betekent dat artsen jarenlang een stukje van hun tijd in samenwerking met ons als ingenieurs moeten stoppen en erin moeten blijven geloven dat dat een waardevolle innovatie oplevert’, vertelt dr.ir. Dennis Schaart, lid van de R&D-programmaraad van HollandPTC en hoofd van de sectie Medical Physics & Technology van het departement Radiation Science & Technology (RST) van de TU Delft.

Maar ook de ingenieur krijgt een breder perspectief. ‘We gaan vaak een kopje koffie drinken met mensen in de kliniek. Dat zijn nu onze buren, waardoor we makkelijk bij ze binnen lopen. We willen te weten komen wat hun vragen zijn en wat de randvoorwaarden zijn voor het gebruik van nieuwe technologie en via een dagelijkse wisselwerking ideeën toetsen en aanscherpen’, licht Schaart toe.
 

Kritische blik

Essentieel daarbij is om mensen bij elkaar te brengen die het leuk vinden om met een kritische blik naar de huidige manier van werken te kijken en om een omgeving te creëren waarin mensen “veilig” kunnen samenwerken. Schaart: ‘Iedereen moet beseffen dat je met elkaar aan het leren bent en niet bang hoeft te zijn om “domme” vragen te stellen.’

Binnen HollandPTC zijn technische innovaties op relatief kleine schaal te testen en te verbeteren. ‘Nieuwe plannen ontstaan vaak bottom-up, in de vorm van een paar mensen die samen een idee hebben’, stelt Schaart, ‘en dat proberen we te faciliteren’. Onderzoek wordt ook gefaciliteerd door een speciale protonenbundel die alleen voor onderzoek wordt gebruikt, bijvoorbeeld om de doses te bepalen die daadwerkelijk in weefsels terecht komt. Onderzoekers kunnen ook de medische infrastructuur in de kliniek gebruiken, waaronder apparaten voor PET-, CT- en MRI-scans. RST en andere afdelingen van de TU brengen vooral expertise in.
 

Heftige langetermijneffecten van gammastraling

Traditionele gammastraling (met fotonen met hoge energie) is in de loop der jaren ook steeds gerichter toegediend, al blijft bestraling van meerdere kanten nodig, iets wat niet nodig is met protonentherapie. Dus ook met gammastraling wordt de tumor steeds beter aangepakt, en blijven patiënten langer in leven. Maar de prijs die ze hiervoor betalen blijkt groter dan gehoopt. Doordat patiënten langer blijven leven na hun kankerbehandeling, komen de langetermijneffecten van die behandeling beter in beeld. En die kunnen heel heftig zijn. Van patiënten tussen de dertig en vijftig jaar oud met een relatief goedaardige hersentumor kan zo’n 60 procent tien jaar na alle behandelingen geen betaald werk meer doen en zo’n 20 procent is zelfs niet meer in staat om zelfstandig te blijven wonen.

De hoop is dat protonentherapie op de lange termijn minder heftige bijeffecten heeft dan gammastraling. ‘Als je de buik van een patiënt bestraalt met fotonen komt aan de achterkant van zijn lichaam maar liefst 40 procent van de straling weer naar buiten. Bij protonen is dat 0 procent. Zelfs net achter de tumor heeft de straling al geen impact meer’, vertelt Van Vulpen.
 

Bagagecontrole

Je kunt dus heel precies richten als je bestraalt met protonen. ‘Dat is mooi, maar voorwaarde is wel dat je precies raak schiet’, stelt Schaart. ‘De plek waar de energie van de protonen vrijkomt wordt gemakkelijk beïnvloed door kleine bewegingen in het lichaam, zoals ademhalen, passerende luchtbellen in de darmen of het inkrimpen van de tumor zelf’, vult Van Vulpen aan.

Een tumor tijdens traditionele bestraling in de gaten houden kan al met MRI-geleide bestraling. Daar is echter hele complexe en dure apparatuur voor nodig. ‘Onze uitdaging is om het eenvoudiger en goedkoper te maken, en daarvoor willen we de kwaliteit van de nu al gebruikte röntgenbeelden vergroten. Met een betere detector hopen we de tumor net zo goed zichtbaar te kunnen maken als met MRI’, licht Schaart toe.

Daarvoor gebruikt hij een techniek die al in gebruik is bij bijvoorbeeld de bagagecontrole op Schiphol. ‘Daar bestralen ze je koffer met röntgenstralen met verschillende energieniveaus om heel gericht stoffen als drugs of explosieven op te sporen. Die verschillende energieniveaus worden al geproduceerd door het huidige röntgenapparaat in de kliniek. Maar de momenteel gebruikte detectoren zijn niet gevoelig voor die energieverschillen. Daarom ontwikkelen we een nieuwe detector die alle energieniveaus kan detecteren, op basis waarvan we beelden kunnen creëren waarop je de tumor veel beter ziet. Daarmee stappen we als het ware over van zwart-wit- naar kleurenfotografie.’

Zonder de samenwerking tussen ingenieurs en medici was dit idee waarschijnlijk niet ontstaan. ‘Wij hadden behoefte aan betere medische beeldvorming, maar hadden geen idee dat de röntgenapparatuur die we al gebruiken met een betere detector een veel gedetailleerder beeld zou kunnen leveren’, stelt Van Vulpen. 

Schaart vult aan: ‘Wij waren waarschijnlijk nooit aan het maken van een betere detector begonnen als HollandPTC niet bestond. Je moet regelmatig met mensen uit de kliniek praten om te weten wat de echt belangrijke vragen zijn.’

*dd 28-03-2023 vervult Marco van Vulpen niet meer de rol van directeur