Tekst Jos Wassink

Dankzij Antoni van Leeuwenhoek geldt Delft als bakermat van de microscopie. Ruim vierhonderd jaar na de eerste microscoop is het onderzoek naar grensverleggende microscopie er nog in volle gang.

Van Leeuwenhoek zag rond 1675 met zijn microscopen ‘een grote menigte levende diertjes’ in water uit het Berkelse meer. Hiermee werd hij de grondlegger van de microbiologie. Hij was met zijn enkelvoudige microscoopjes zijn tijd een eeuw vooruit, schrijft wetenschapshistoricus Dirk van Delft in zijn biografie over Antoni van Leeuwenhoek, om te vervolgen: ‘de beelden zonder weerga van de eenentwintigste eeuw laten zien hoeveel verder we inmiddels in de wereld van het aller-kleinste zijn doorgedrongen’. De hedendaagse opvolgers van Van Leeuwenhoek zijn de cel binnengedrongen, op zoek naar de biochemie van het leven. Met optische microscopen kunnen ze moleculaire interacties waarnemen die zich ver voorbij de golflengte van het licht afspelen. Anderen zetten de elektronenmicroscoop in om de vorm van biomoleculen zoals eiwitten in detail te kunnen achterhalen. Want bij eiwitten staat vorm gelijk aan functie. Onlangs kregen drie Delftse microscopie laboratoria onafhankelijk van elkaar belangrijke beurzen voor hun onderzoek. Wat gaan ze daarmee doen?

© Bernd Rieger en Sjoerd Stallinga

Ver voorbij de golflengtelimiet

De opstelling in het oude gebouw van Technische Natuurwetenschappen
(TNW) is een optische microscoop, maar deze heeft weinig meer weg van de klassieke samenstelling van objectief, oculair en scherpstelschroef in een gebogen statief. Hier zit het objectief onder de preparaattafel en het oculair is vervangen door een supergevoelige en snelle zwartwit-camera. De techniek om met optische microscopie kleinere details dan de golflengte waar te nemen stamt uit 2006. Volgens de klassieke fysica kan dat niet, maar single molecule localisation microscopy (SMLM) maakt van een microscoop feitelijk een nanoscoop. De ontwikkelaars (Eric Betzig, Stefan Hell en William Moerner) ontvingen er in 2014 de Nobelprijs voor Chemie voor. In Delft werken prof.dr. Bernd Rieger en prof.dr. Sjoerd Stallinga (TNW) met deze techniek om biomoleculen zichtbaar te maken. Het is hun missie om steeds meer details waarneembaar te maken van biomoleculen in hun natuurlijke omgeving. Daarbij opereren ze aan de rand van wat fysisch en technisch mogelijk is. Houdt gewone lichtmicroscopie op bij 250 nanometer (nm), de details bij SMLM zijn nu rond 10 tot 20 nm en de Delftse onderzoekers streven naar ‘enkele nanometers.’

Poortmolecuul

Bij hun vormstudie naar celkernpori.n hebben ze oplichtende moleculen (fluoroforen) toegevoegd die zich hechten op de binnen- en buitenrand van het poortmolecuulcomplex. Nu heeft een celkern al gauw duizend pori.n die allemaal kunnen oplichten. De belichtingstijd duurt ongeveer een uur. Dan zijn er honderden afbeeldingen van celkernpori.n in alle mogelijke orintaties. Daaruit kunnen Rieger en Stallinga de ruimtelijke vorm van het poortmolecuul laten berekenen. Die berekening van data fusion of particle averaging vergt enkele uren rekentijd. Het resultaat is een ruimtelijk beeld van een celkernporie met afmetingen tot op de nanometer (59 nm diep en 96 nm wijd). Ze gaven de oriëntatie weer met een kleurcode en konden op die manier de draaiing van twee strengen DNA weergeven als repeterende kleurpatronen. Het was de eerste keer dat DNA-twisting met licht zichtbaar werd gemaakt. Afgelopen voorjaar (2022) ontving Stallinga een Europese onderzoeksbeurs (ERC advanced grant) voor zijn voorstel om scannen met niet-uniforme belichting te gebruiken. Hiermee hoopt hij de superresolutie-microscopie nog preciezer te maken en daarbij bovendien een groter volume te bestrijken.

DNA-twist

Wanneer een fluorofoor licht uitzendt, gebeurt dat niet naar alle kanten even sterk. De ruimtelijke verdeling van de lichtintensiteit lijkt meer op een halter dan op een bol. Promovendi van Stallinga en Rieger bedachten dat die ‘anisotropie’ de mogelijkheid biedt om de orientatie van een molecuul af te leiden uit de lichtsterkte.

Bernd Rieger en Sjoerd Stallinga maken biomoleculen zichtbaar.

Het was de eerste keer dat DNA-twisting met licht zichtbaar werd gemaakt

Microscoopbeeld van een zenuwcel met een fluorescente voltagesensor.

Microscoopbeeld van een neuraal netwerk (links) en de daaruit afgeleide computationele structuur (rechts).

Onderzoekers kunnen met deze techniek in het levende brein van een muis kijken

Arjan Jakobi is gespecialiseerd in Cryo-EM, waarbij de smalle elektronenbundel van de elektronenmicroscoop gericht is op een diepgevroren eiwit-preparaat.

Na dagen tot weken rekenwerk verschijnt een onwaarschijnlijk scherp 3D-beeld van het eiwit

Daan Brinks maakt met de zogenaamde optogenetica techniek de activiteit van het zenuwnetwerk zichtbaar.

Het brein aan het werk zien

Het is een merkwaardig filmpje dat dr.ir. Daan Brinks laat zien. Hij leidt The Brinks Lab met laboratoria aan de TU Delft en het Erasmus MC in Rotterdam. De slogan van zijn lab is image the brain at work en dat is precies wat het filmpje laat zien: lichtflitsen die door een netwerk van zenuwcellen trekken. Het is geen animatie die je ziet. De slogan heeft het niet over ‘imagine’ (verbeelding) maar over ‘image’ (beeldvorming). De video is een slow-motion optische microscoop-opname van pulsjes die door een levend neuraal netwerk trekken. Met ‘voltage imaging’ maakt het Brinks Lab niet zozeer de structuur van zenuw-netwerken zichtbaar, maar de activiteit. Maar hoe dan? De elektrische pulsen worden veroorzaakt door korte laserflitsen (ongeveer een milliseconde). Dat gaat via een techniek met de naam ‘optogenetica’. Die techniek is zo slim en veelzijdig dat zowel Nature als Science het in 2010 als ‘methode van het jaar’ (respectievelijk decennium) uitriepen. Een laserflits triggert een actiepotentiaal doordat de zenuwcel een lichtgevoelig ionenkanaal bevat. Zodra dat moleculair complex een lichtflits krijgt, stromen ionen naar binnen die een actiepotentiaal veroorzaken. Dat verspreidt zich over de vertakkingen naar aangrenzende neuronen. Van nature heeft een cel niet zo’n lichtgevoelige poort, maar de cel legt deze aan na een virale infectie met synthetisch DNA. “We brengen het synthetische DNA naar binnen via een virus”, legt Brinks uit. “Dat geeft de mogelijkheid om heel specifiek bepaalde cellen te veranderen.”

Moleculaire voltmeters

Daarmee is nog niet verklaard hoe potentiaal-verandering zichtbaar wordt. Het Brinks Lab ontwikkelt daarvoor moleculaire voltmeters: fluorescerende eiwitten (archaerhodopsine) die meer licht uitzenden naarmate de elektrische spanning over het molecuul hoger is. Het idee van moleculaire voltmeters is al een aantal decennia oud, maar de eerste werkende versies zijn de afgelopen jaren ontwikkeld in het lab van Adam Cohen op Harvard, waar Brinks zijn postdoc gedaan heeft. Brinks’ lab op de TU Delft ontwikkelt nu slimme microscopen en betere moleculaire voltmeters om de techniek bruikbaar te maken voor neurowetenschappelijk onderzoek en klinische diagnostiek. In het Erasmus MC kunnen onderzoekers met deze techniek in het levende brein van een muis kijken. Ze proberen te zien wat er in het patroon van lichtflitsen verandert als de muis een nieuw trucje leert zoals op commando een likje geven of met de ogen knipperen. Brinks heeft het over ‘de biofysische manifestatie van het leerproces’. Brinks is op zoek naar ‘de natuurkundige grondslag van het brein’. Aanvullend op de psychologie en anatomie is hij met zijn lab op zoek naar wat er op fysisch cellulair niveau gebeurt. Als voorbeeld noemt hij de studie van zenuwcellen van een ALS-patiënt, gekweekt uit stamcellen. Anders dan gezonde zenuwcellen geven ALS neuronen bij een toenemende prikkel niet meer signaal af, maar juist minder. En vallen stil. De vraag is: waarom precies?

Freeze! – eiwitten in een elektronenbundel

Eiwitten zijn de multitool van levende cellen. Ze bouwen en repareren lichaamsweefsel, maken biochemische reacties mogelijk, verzorgen communicatie en geven structuur aan cellen. Om maar wat te noemen. Ze zijn samengesteld uit lange ketens aminozuren (slechts twintig verschillende) en verlenen hun werking aan hun vorm. Die vorm wordt bepaald door de vouwing van het eiwit in een waterige omgeving: hydrofobe (waterafstotende) delen plakken aan elkaar en vormen de kern. Hydrofiele delen vormen de buitenkant. Onderzoekers willen graag zo precies mogelijk de ruimtelijke vorm van eiwitten weten. Dat stelt bijvoorbeeld farmaceuten in staat een klein molecuul te ontwerpen dat een bepaald eiwit blokkeert en ongewenste processen (zoals besmetting) stopt. De meest precieze microscoop is de elektronenmicroscoop, maar de omgeving van de vacuümkamer en de elektronenbundel zijn desastreus voor eiwitten. Zie hier
de uitdaging van een bijzondere tak van microscopie Cryo-EM – het specialisme van dr. Arjen Jakobi (afdeling bionanoscience van het Kavli instituut voor nanowetenschap, TNW). Bij Cryo-EM is de smalle elektronenbundel gericht op een diepgevroren (cryogeen) eiwitpreparaat. En dat heeft nogal wat voeten in de aarde. Twee jaar geleden ontving Jakobi een Europese onderzoeksbeurs (ERC starting grant) om zijn onderzoeksgroep op te starten. Dit jaar volgde nóg een ERC-beurs voor de ontwikkeling van een cryo-chip om de beeldvorming efficiënter te maken.

Razendsnel bevriezen 

“Een eiwit is een gevoelig molecuul dat alleen in een waterige omgeving zijn natuurlijke vorm heeft”, vertelt Jakobi. “Maar water in de elektronenmicroscoop zou door het vacuüm onmiddellijk verdampen en bovendien moeten we de eiwitten fixeren.” Dit probleem kun je oplossen door de in vloeistof opgeloste eiwitten te bevriezen. Dat moet razendsnel gebeuren (binnen een milli-seconde van 20 naar minus 200 graden Celsius), anders vormen zich ijskristallen die de eiwitten vervormen. Voor het bevriezen heeft de groep een opstelling die het preparaat als een dolk in vloeibaar ethaan stoot. Van daaruit gaat het (in een bakje vloeibaar stikstof) naar de elektronenmicroscoop. De bundelintensiteit staat minimaal om de eiwitten niet te beschadigen. Het beeld is dan ook vrijwel egaal grijs, maar het bevat toch schaduwen van honderd-duizenden moleculen in alle mogelijke standen. Die bevinden zich in een dun laagje ijs van 20 tot 100 nanometer ‘dik’. Het rekenproces om uit al die tienduizenden projecties de ruimtelijke vorm van het eiwit te herleiden wordt back projection genoemd. Na dagen tot weken rekenwerk verschijnt dan een onwaarschijnlijk scherp 3D-beeld van het eiwit waarin je de afzonderlijke atomen haast kunt onderscheiden. Jakobi’s werkt eraan om ook bewegingen van eiwitten vast te leggen, en interacties met andere moleculen. “Dan begrijp je pas goed hoe een eiwit zijn functie vervult.”

Op 13 januari 2023 zullen Bernd Rieger en Sjoerd Stallinga over hun werk spreken tijdens de 181ste Dies Natalis van de TU Delft. Deze presentatie is online te volgen.

In Medical Delta werken wetenschappers van drie universiteiten en twee UMC’s aan technologische oplossingen voor duurzame zorg. Drie Medical Delta-hoogleraren vertellen over hun samenwerking tussen ingenieurs en medici.

Tekst: Tomas van Dijk en Jos Wassink

‘Bij sommige operaties komt hogere wiskunde kijken’

Techniek en geneeskunde zijn radicaal met elkaar verweven geraakt, zegt hoogleraar orthopedie prof. dr. Rob Nelissen. “Wil je als medicus in een universitair ziekenhuis met je tijd meegaan, dan moet je samenwerken met ingenieurs.”

De orthopeed, die sinds 2006 een dubbelaanstelling heeft bij het LUMC en de TU Delft, slaat al decennia de handen ineen met ingenieurs van de TU. “Die gekke Delftenaren” en “mijn vrienden in Delft”, noemt de hoogleraar zijn sparringpartners. Eén van die vrienden was de in 2017 overleden werktuigbouw-kundige Edward Valstar. Jarenlang trok Nelissen op met Valstar, die ook een Medical Delta-hoogleraarschap bekleedde. Het tweetal liep voorop in de ontwikkeling van minimaal-invasieve ingrepen om loslating met prothesen te verhelpen. Dit is een groot probleem: 10 procent van alle prothesen gaat binnen tien jaar loszitten.

Vijftien jaar geleden had de LUMC-groep van Nelissen een plan om dit euvel met gentherapie aan te pakken. Maar het grote publiek stond huiverig tegenover gentherapie. “Durfkapitalisten wilden niet met ons in zee om het plan verder uit te werken. Toen dacht ik, ik klop weer eens aan bij mijn vrienden in Delft. Misschien kan ik samen met hen wat anders bedenken. We ontwikkelden een techniek waarbij je via een dunne naald een soort cement (polymethylmethacrylaat) in de holte tussen prothese en bot spuit. Na een kwartier is het cement hard en zit de prothese weer vast.”

Creatieve geesten

Dat Nelissen interdisciplinair moet werken om vooruitgang te boeken, spreekt voor zich, vindt hij. “Techniek en medische wetenschappen zijn de laatste tien jaar radicaal met elkaar verweven geraakt. Het vak orthopedie op zich bestaat eigenlijk niet meer.” Volgens hem is een universitair ziekenhuis, waar veel complexe operaties plaatsvinden, bij uitstek een plek waar veel disciplines bij elkaar komen. “Ik werk met neurochirurgen, radiologen en ingenieurs. Vakgebieden vloeien in elkaar over. Als je één poppetje uit deze samenhang haalt, kun je dat complexe vak niet meer uitvoeren.” Als backpacker vond hij het vroeger geweldig om nieuwe culturen ontdekken. “Daarom werk ik ook graag met ingenieurs: ik dompel mezelf onder in een andere cultuur. Er zitten veel creatieve geesten in Delft. Door met elkaar te discussiëren kom je tot leuke originele concepten voor een betere patiëntenzorg.”

 

Als backpacker vond hij het vroeger geweldig om nieuwe culturen ontdekken. “Daarom werk ik ook graag met ingenieurs: ik dompel mezelf onder in een andere cultuur. Er zitten veel creatieve geesten in Delft. Door met elkaar te discussiëren kom je tot leuke originele concepten voor een betere patiëntenzorg.”

Rob Nelissen:
“Wij proberen met 3D-print-technieken gewrichtsvervangende -prothesen vorm te geven.”
Bottumoren

“Bij het LUMC opereren we veel aan bottumoren. Als je een stuk bot verwijdert, komt daar een prothese voor in de plaats. Het liefst imiteer je dan zoveel mogelijk de rigiditeit en elasticiteit van het bot. Bot is niet overal even elastisch. Bij de aanhechtingspunten voor spieren is het bijvoorbeeld flexibeler, zodat het kan meegeven als er kracht op komt te staan. Hierdoor is de kans dat spieren losscheuren kleiner. Wij proberen met 3D-printtechnieken gewrichtsvervangende prothesen ook op die manier vorm te geven.”

Ook het nauwkeurig wegzagen van bot vergt high tech. “Als een bottumor in bijvoorbeeld de borstkas of wervelkolom verwijderd wordt, moeten de zaagsneden heel precies zijn om geen schade aan het omringende weefsel te veroorzaken.

We maken daarom eerst een 3D-print van de bottumor en het omliggende bot, en gebruiken dat om een zaagmal te creëren. Daarmee kunnen we tijdens de operatie de ingreep op de millimeter en graad nauwkeurig uitvoeren.” Wanneer je je begeeft op het snijvlak van techniek en geneeskunde is het onvermijdelijk dat je soms iets stoms zegt. Zo opperde een Delftse ingenieur eens tijdens een brainstormsessie over bacteriële infecties om antibiotica in de prothesen te verwerken. Een slecht idee, want de bacteriën bouwen snel resistentie op door continue blootstelling aan antibiotica. “Je moet niet bang zijn om domme dingen te zeggen. Ik heb daar geen last meer van. Jonge onderzoekers hebben misschien meer koudwatervrees. Maar je moet verder kijken dan je eigen discipline.”

‘Verwachtings-
management is
belangrijk’

Hoogleraar Jenny Dankelman kijkt al vanaf het begin van haar carrière regelmatig mee over de schouders van chirurgen. Die aanpak levert verrassende, en soms ontnuchterende inzichten op.

Delftenaren die werken aan technologie voor de geneeskunde hebben het niet altijd makkelijk. De cultuurverschillen tussen medici en ingenieurs zijn groot, ervaart hoogleraar biomechanical engineering prof.dr. Jenny Dankelman (3mE), die een dubbelaanstelling heeft bij de TU en het LUMC.

De professor kijkt al vanaf het begin van haar wetenschappelijke carrière geregeld in operatiekamers over de schouders van chirurgen mee. Die aanpak levert verrassende, en soms ontnuchterende inzichten op. “Zoals die ene keer, redelijk aan het begin van mijn carrière. Ik keek mee met een arts die niet goed wist hoe hij met zijn instrumenten bij de dikke darm moest komen.”

De sleutelgatchirurgie stond nog in de kinderschoenen. Artsen moesten handigheid krijgen met lange instrumenten waarmee ze via kleine incisies operaties uitvoerden. “De plek bij de dikke darm waar de arts moest werken, was moeilijk bereikbaar met de bestaande instrumenten. Konden wij niet helpen, vroeg de chirurg. Ik zag daar een interessant studentenproject in en werkte een plan uit. Maar een paar maanden later bleek hij het euvel zelf al opgelost te hebben door op een iets andere manier te werken.”

Mindset

Dankelman raadt startende onderzoekers aan zich goed te verdiepen in de werkwijze van artsen, en veel medische kennis over anatomie en fysiologie op te doen. “Artsen pakken snel door. Logisch, een patiënt die opengesneden is, moet niet veel later weer dichtgenaaid worden. Dat levert een bepaalde mindset op. Wij zijn daarentegen gewend om met wiskundige formules eindeloos aan het optimaliseren te slaan. Heb je een probleem? Prima, dan zetten we daar een promovendus op. Vier jaar later levert dat een prototype op dat dan vervolgens nog geoptimaliseerd moet worden. Terwijl de arts er vaak vanuit gaat dat je binnen enkele maanden met een oplossing komt. Verwachtingsmanagement is belangrijk als je op de grens werkt van geneeskunde en techniek.”

‘Meer artsen klopten bij ons aan naarmate Medical Delta meer bekendheid kreeg’

Prima, dan zetten we daar een promovendus op. Vier jaar later levert dat een prototype op dat dan vervolgens nog geoptimaliseerd moet worden. Terwijl de arts er vaak vanuit gaat dat je binnen enkele maanden met een oplossing komt. Verwachtingsmanagement is belangrijk als je op de grens werkt van geneeskunde en techniek.”

Maar haar samenwerking met medici dateert al van voor die tijd. “Ik ben al heel lang bezig met medische onderwerpen, samen met artsen van het LUMC, het Reinier de Graaf Gasthuis, Erasmus MC en het AMC. Rond 2000 besloten we bij onze groep dat al onze postdocs en promovendi naast begeleiding vanuit de TU een klinische begeleider moesten krijgen. We moeten goed weten voor welke mensen we medische instrumenten ontwikkelen.”

Trainingssysteem

Een van haar succesvolle uitvindingen kwam tot stand in samenwerking met gynaecoloog en Medical Delta-hoogleraar Frank Willem Jansen. Ze ontwikkelden een trainingssysteem waarmee artsen ingrepen kunnen oefenen met feedbackmechanismen. Terwijl je de ingreep uitvoert, voel je door een terugkoppelmechaniek naar je handen en vingers waar je mee bezig bent. “Die uitvinding is doorontwikkeld, en daar is een product uit gekomen dat op de markt is gekomen.” Dankelmans aanstelling bij het LUMC dateert van 2007. In 2013 is die aanstelling omgezet in een Medical Delta-hoogleraarschap. Hoe werkt zo’n dubbelaanstelling in de praktijk? Zorgt die voor kortere lijnen tussen de onderzoekers, meer multidisciplinariteit en directere feedback?

“De dubbelaanstelling is deels symbolisch, maar kan ook helpen bij subsidieaanvragen. Het is een soort bevestiging van je nauwe banden met medici. Ik heb gemerkt dat meer artsen bij ons aanklopten naarmate Medical Delta meer bekendheid kreeg. Dat is een goede ontwikkeling.”

Dat ‘aankloppen’ gebeurt veelal met een drankje in de hand tijdens de zogenaamde Medical Delta Cafés, een regelmatig samenkomen van aangesloten leden, waarbij ze telkens een ander actueel thema in de gezondheidszorg bespreken, maar waar ze bovenal veel netwerken en ideeën uitwisselen.

Jenny Dankelman:
“We moeten goed weten voor welke mensen we medische instrumenten ontwikkelen.”

 

“Je moet mensen tegen het lijf lopen. Met een arts van het Erasmus MC raakte ik (voor de coronalockdowns) aan de praat over patiëntveiligheid. Samen hebben we het plan opgevat om te onderzoeken of we couveuses kunnen ontwikkelen voor transplantatiechirurgie: couveuses waarin nieren, levers of longen bewaard kunnen worden.”

‘Ieder hart is anders’

Bij openhartoperaties in het Erasmus MC wordt het hart rondom bemeten met geavanceerde elektrodes uit Delft. Hoe verloopt die samenwerking volgens cardioloog-elektrofysioloog Natasja de Groot?

Aan de elektrodes in de vitrinekast is de technische ontwikkeling van de laatste twintig jaar af te lezen. De oudste ziet eruit als een soort kleine douchekop waar vier kabels uitkomen die eindigen in aangeschroefde stekkers van het formaat computermuis. Die gebruikte cardioloog-elektrofysioloog prof.dr. Natasja de Groot bij haar promotie-onderzoek in Leiden naar hartritmestoornissen. De nieuwste elektrode is een flinterdun stripje waaraan drie meter meerlaagse flatcable zit bevestigd om de 192 kanalen tegelijkertijd uit te lezen. Die kabel werd in Delft gemaakt in de groep bio-elektronica van prof.dr.ir. Wouter Serdijn (faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica).

 

 

Tijdens haar medicijnenstudie ontwikkelde De Groot een interesse in hartritmestoornissen – een wijdverbreide maar slecht begrepen aandoening. Een hart kan te snel slaan, te langzaam, of zelfs een slag overslaan. Dat kan iedereen overkomen, en de kans erop neemt toe met de leeftijd. Een hart kan te snel slaan, te langzaam, of zelfs een slag overslaan. Dat kan iedereen overkomen, en de kans erop neemt toe met de leeftijd.

Helaas is de interventie van ‘ablatie’ (beschadigen van hartweefsel om ongewenste geleiding te stoppen) matig effectief. Daarnaast zijn er onbegrepen methoden die hartritmestoornissen weliswaar verminderen, maar waarvan het mechanisme niet bekend is. Vandaar dat De Groot zich de taak heeft gesteld om “de elektrische eigenschappen van het hart te kwantificeren.”

Vakidioten

Ze doet dat sinds eind vorig jaar als Medical Delta-hoogleraar met een aanstelling aan het Erasmus MC en de TU Delft. Ze heeft een onderzoeksteam met artsen, ingenieurs, een bioloog, een dierenarts, een klinisch technoloog en zelfs een astronoom. “Een leuk groepje vakidioten”, noemt ze haar team. “Iedereen heeft zijn eigen passie, maar ze vinden het ook allemaal leuk om bij een ander te kijken.” Ze beschrijft een cyclus waarin betere meetinstrumenten leiden tot betere metingen, betere analyses en betere vraagstellingen waarvoor weer betere instrumenten nodig zijn. “Zo houden we elkaar een beetje bezig.”

Natasja de Groot:
“Iedereen heeft zijn eigen passie, maar ze vinden het ook allemaal leuk om bij een ander te kijken.”

 

In 2010 kreeg ze hartchirurgen zover dat die bij iedere openhartoperatie op acht vastgestelde posities rondom het hart gedurende vijf seconden een speciale elektrode tegen het hart hielden voor de opname van de elektrische signalen. Inmiddels zijn meer dan duizend patiënten zo bemeten. Sommigen hebben aangeboren hartfalen of hartritmestoornissen, anderen weer niet. Uit de tienduizenden signalen kon De Groot de conclusie trekken: “Elk hart is elektrisch uniek.”

Cardiologie en telecom

Om betere grip te krijgen op al die data besloot ze dat ze de geleidingssnelheid wilde weten tussen meetpunten, want verschillen in de geleidingssnelheid bepalen hoe de stroompuls zich over het hart verspreidt. Namelijk: via de weg van de minste weerstand. Ze nam contact op met collega-hoogleraar prof.dr.ir Ton van der Steen – natuurkundige en ultrasound-expert, en Medical Delta-hoogleraar van het eerste uur. Wist hij iemand die zulke berekeningen kon maken? Na een paar telefoontjes veerde hij op. “Kom op”, zei hij. “We rijden naar Delft.”

Daar maakte ze kennis met prof.dr.ir. Alle-Jan van der Veen. Hij had bij de afdeling micro-elektronica van de faculteit EWI expertise opgebouwd over signaalbewerking voor communicatie en astronomie. Hoewel cardiologie heel wat anders is dan telecom, zijn de onderliggende wiskundige modellen vergelijkbaar: een signaal dat van A naar B loopt. Uit de ECG-signalen kon Van der Veen de geleidbaarheid ter plekke berekenen, een grootheid die onder meer de geleidingssnelheid bepaalt.

De lokale geleidbaarheid van het hartweefsel wordt weergegeven in een kleurenkaart. Op sommige -plekken treedt er een verstoring in de geleiding op die met zwarte blokjes wordt weergegeven. Dat kan duiden op littekenweefsel. Al snel kwam Wouter Serdijn (EWI) erbij voor verfijndere elektrodes. “Dat is geen rocket science”, zegt hij daar nu over. “Vaak kun je iemand uit een andere discipline al snel helpen met de bestaande stand van de techniek. Dat was toen een contactstripje en een meerlaags flexprint kabel voor de 192 signalen.” In 2015 dienden de drie samen met celbioloog prof.dr. Bianca Brundel uit Amsterdam UMC een onderzoeksaanvraag in bij CVON (Cardiovasculair Onderzoek Nederland, onderdeel van de Hartstichting) voor de opname en analyse van de bio-elektrische signalen van het hart. Dat is vooralsnog fundamenteel onderzoek naar de activatiepatronen van het hart.

Uiteindelijk moet het onderzoek leiden tot een beter meetinstrument voor diagnose om vast te stellen hoe ernstig de hartritmestoornissen zijn, en liefst naar een effectievere behandeling.

Het samenwerkingsverband Medical Delta is in 2006 opgericht door drie universiteiten (TU Delft, Universiteit Leiden en Erasmus Universiteit Rotterdam) en twee UMC’s (Leids Universitair Medisch Centrum en Erasmus Medisch Centrum). Medical Delta wil met techno-logische oplossingen duurzame zorg realiseren. Bijna 300 wetenschappers werken de komende jaren in vijftien verschillende consortia samen aan technologische oplossingen voor duurzame zorg. Ook bedrijven, zorginstellingen, de provincie Zuid-Holland en grote steden zijn nauw betrokken. Medical Delta (MD)-hoogleraren hebben een indrukwekkende staat van dienst aan een van de deelnemende centra. Inmiddels zijn er 21 hoogleraren met dubbelaanstellingen.

Video
Share

Your name

Your e-mail

Name receiver

E-mail address receiver

Your message

Send

Share

E-mail

Facebook

Twitter

LinkedIn

WhatsApp

Contact

Send

Sign up

Sign up