Technologie om exoplaneten op te sporen moet tumoren zichtbaar maken tijdens operaties

De samenwerking ontstond op een netwerkdag van de NWO over nieuwe lichttechnieken. Vaatchirurg Joost van der Vorst en oncologisch chirurg Alex Vahrmeijer kwamen daar in contact met sterrenkundige Frans Snik van de Universiteit Leiden. Vahrmeijer vertelde dat hij bij operaties geen goede techniek heeft om te bepalen waar een tumor eindigt en gezond weefsel begint. Ook de doorbloeding van het weefsel, bijvoorbeeld bij het opereren van een voet van een diabetespatiënt, is moeilijk met het blote oog te zien, zo gaf Van der Vorst aan. Volgens de Leidse artsen zijn de huidige commerciële technieken vaak niet nauwkeurig genoeg. Dat kan volgens hen leiden tot vertraagde behandelingen, inefficiënte operaties en hoge zorgkosten.

Ster of planeet, ziek of gezond

Snik zag het begin van een oplossing voor het probleem. Deze is gebaseerd op een geavanceerde techniek waarmee sterrenkundigen onderscheid maken tussen bijvoorbeeld een ster en een exoplaneet (een planeet buiten ons zonnestelsel). Ook kunnen ze uit de eigenschappen van het licht (spectrum en polarisatie) dat de planeet uitzendt of reflecteert, achterhalen waaruit het oppervlak en de atmosfeer van de planeet bestaat.

Directe vertaling naar de operatiekamer

De chirurgen in het LUMC willen deze techniek nu gebruiken om tumoren te onderscheiden van gezond weefsel, en om een goede doorbloeding te onderscheiden van een verstoorde doorbloeding. Vanuit het spectrum (de verdeling van licht in verschillende kleuren of golflengtes) kunnen zij afleiding wat de doorbloeding is. Polarisatie (de richting waarin licht trilt) geeft hen informatie over de structuur van weefsel. Kankercellen hebben namelijk afwijkende groottes en vormen, en kunnen zo een andere 'vingerafdruk' hebben op de polarisatie van het licht.

De techniek die nu in telescopen gebruikt wordt, zal direct vertaald worden naar de behandelsetting. "We verwachten dat de techniek relatief eenvoudig omgebouwd kan worden. Het is namelijk veel makkelijker om licht en aanvullende informatie op te vangen van het menselijk lichaam dan van sterren en planeten. Niet per se vanwege de afstand, maar omdat we in de operatiekamer de lichtbron zelf kunnen controleren om vervolgens het licht te analyseren met een handzaam, mobiel instrument", zegt Van der Vorst.

Deze speciale camera moet tijdens operaties aangeven waar de tumor eindigt of waar de doorbloeding stokt. Het apparaat zal kleiner, handzamer en mobieler zijn dan een telescoop, en vermoedelijk de grootte krijgen van een schoenendoos op poten.

Doel om instrument binnen zes jaar op de markt te brengen

Van der Vorst, Vahrmeijer en Snik vroegen bij NWO succesvol subsidie aan voor hun project met de naam Hyperion (HYperspectral and Polarization-selective Examination of Regional perfusion and Identification Of Neoplasms). Naast het drietal doen ook andere artsen, patiënten en Nederlandse bedrijven zoals Quest Medical Imaging, het CHDR en Cosine mee. Binnen het project wordt in zes jaar een prototype ontwikkeld, getest en geoptimaliseerd. Het uiteindelijke doel is om het instrument op de markt te brengen.

Samenwerking tussen instellingen

Het project staat onder leiding van Van der Vorst en is een van zes onderzoeksprojecten die geld krijgen uit het onderzoeksprogramma Toekomstige Optische Breedbandsystemen binnen het Kennis- en Innovatieconvenant van NWO. In deze programma’s ligt de nadruk op samenwerking tussen kennisinstellingen, private partijen en overheid.

Nederlandse sterrenkundigen bedachten in 2014 een manier om van licht tegelijk het spectrum en de polarisatie te meten. Hier is de methode succesvol getest voor de planeet Venus. De planeet (linksonder) is zichtbaar als een sikkel omdat maar een deel door de zon beschenen wordt. Van elke pixel is het spectrum en de polarisatie gemeten (zie inzet). Door de combinatie van spectrum en polarisatie kunnen sterrenkundigen bijvoorbeeld onderscheid maken tussen licht dat van een ster komt en licht dat van een exoplaneet komt, en deze planeet vervolgens ook karakteriseren. Chirurgen kunnen die combinatie van spectrum en polarisatie gebruiken om tumoren te onderscheiden van gezond weefsel of een goede doorbloeding van een verstoorde doorbloeding. Beeld: Rodenhuis et al., 2014.