Onlangs heeft de Physics of Fluids groep van de Universiteit Twente 350.000 euro subsidie ontvangen van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM). Deze onderzoeksgroep gaat een contrastmiddel onderzoeken dat tumoren zichtbaar maakt op een echoapparaat. Het contrastmiddel is een eerste stap naar een middel waarmee medicijnen gericht naar tumoren gebracht kunnen worden.
Het contrastmiddel in kwestie bestaat uit minuscule druppeltjes – nanodruppels – van de chemische substantie perfluorocarbon (PFC). Na injectie in de bloedbaan zullen veel druppels zich ophopen in een tumor. Met ultrageluid kunnen de druppels – en dus de tumoren – vervolgens zichtbaar gemaakt worden op een beeldscherm.
Capsules
Hoe werkt dit? PFC heeft een kookpunt dat nét onder onze lichaamstemperatuur ligt. Zou je PFC zomaar in je lichaam brengen, dan verdampt het direct tot gas. Om dat te voorkomen worden de druppeltjes nu bedekt met een polymeerlaagje, zodat een capsule ontstaat.
Zodra deze capsules in je lichaam komen, zal het PFC niet verdampen. Maar door de lichaamstemperatuur zal het gaan oververhitten: de temperatuur passeert het kookpunt, maar PFC gaat niet koken. Hetzelfde gebeurt in een glas water dat je in de magnetron opwarmt. Bekijk dit filmpje maar eens.
Inderdaad, het water wordt enorm explosief. Normaal gesproken verdampt water als het kookt, omdat verstoringen in het systeem, zoals trillingen, het kookproces op gang brengen. Maar als het water afgesloten (zonder verstoringen) wordt verwarmd, kan de temperatuur hoger dan 100 graden celsius worden, zonder dat het water gaat koken. Dit wordt kookvertraging (in het Engels: superheating) genoemd. Een kleine verstoring laat het systeem vervolgens in één klap verdampen.
Explosief
Datzelfde gebeurt bij de nanocapsule, alleen wordt de verstoring in dit geval gedaan door een korte ultrageluidpuls – geluid met zo’n hoge frequentie dat je het niet kunt horen. Deze puls breekt de capsule open en het PFC zal explosief verdampen. De gasbelletjes die vrijkomen bij die explosie zijn met een nieuwe ultrageluidpuls op een echoapparaat zichtbaar te maken.
Waarom is dat nuttig? Veel nanodruppels komen, zodra je ze in de bloedbaan laat circuleren, in een tumor terecht. Een gezond bloedvat is een gladde, afgesloten buis. Een tumor bevat echter allemaal lekken, poriën van zo’n 250 nanometer groot, waar de nanodruppels van 50 nanometer doorheen vallen. Nanodruppels hopen zich op in de tumor en via het ultrageluid wordt de tumor vervolgens tot in detail zichtbaar.
Hogesnelheidscamera
Het is een veelbelovende techniek waar op het eerste gezicht weinig nadelen aan zitten, vindt Michel Versluis, één van de onderzoekers in Twente. “Het is veiliger dan nu gebruikte contrastmiddelen als CT-scans en de gebruikte stoffen zijn biologisch afbreekbaar. Daarnaast kun je met ultrageluid diepliggende plekken, zoals de lever, bereiken. Met laserlicht, dat nu vaak gebruikt wordt om in je lichaam te kijken, kan dat niet.”
De groep uit Twente gaat de verdampingstechniek heel precies bestuderen. Ze gebruiken hiervoor de snelste hogesnelheidscamera ter wereld, die 25 miljoen beelden per seconde kan maken. “Hiermee hopen we het verdampingsproces tot in detail te begrijpen en het gecontroleerd te laten plaatsvinden”, licht Versluis toe.
De echte kracht van deze techniek zal zich in de toekomst moeten bewijzen: gericht kankermedicijnen toedienen. Versluis: “Dan stop je een medicijn in de druppels, die als een soort taxi het medicijn op de goede plek in het lichaam bezorgen. Gezond weefsel blijft zo buiten schot, en je kunt de dosis van medicijnen verhogen.”