Nieuwe interactieve technologie maakt zeldzame celtypen zichtbaar

Onderzoekers van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) en de Technische Universiteit Delft (TU Delft) presenteren in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications een interactieve techniek waarmee zeldzame celtypen op te sporen zijn te midden van honderden andere typen. “Je kunt er een speld in een hooiberg mee vinden”, aldus LUMC-hoogleraar prof.  Frits Koning.

Om iets te leren over bijvoorbeeld het ontstaan van bepaalde ziektes is het de kunst om uit een enorme hoeveelheid gegevens precies de informatie te halen die je nodig hebt. Het LUMC beschikt sinds 2013 over CyTOF, een apparaat dat miljoenen cellen uit bijvoorbeeld darmslijmvlies of bloed tegelijk karakteriseert. Dat gebeurt door per cel de aanwezigheid van zo’n veertig eiwitten aan het oppervlak van de cel te meten. Met de nieuwe methode van het LUMC en TU Delft kunnen onderzoekers deze gegevens nu uiterst gedetailleerd bestuderen. 

Interessante celtypen

“Er zitten honderden verschillende celtypen in zo’n monster”, vertelt LUMC-onderzoeker van de afdeling Immunohematologie en Bloedtransfusie Vincent van Unen. “Er bestonden methoden om de CyTOF-gegevens te analyseren, maar die geven ofwel een globaal beeld van alle cellen, ofwel een gedetailleerd beeld van een willekeurig deel, zeg zo’n 20 procent. Maar de meest interessante celtypen in een weefselmonster, celtypen die te maken hebben met ziek of gezond zijn, zijn vaak zeldzaam en je mist ze als je slechts een deel van de cellen gedetailleerd bestudeert.”

Overzicht

De nieuwe analysetechniek lost dat probleem op. De gebruiker krijgt eerst een tweedimensionaal plaatje op zijn scherm waarin de cellen uit het weefselmonster op basis van onderlinge gelijkenissen zijn gegroepeerd. De cellen staan er niet individueel in weergegeven: dat zou resulteren in een onoverzichtelijke massa punten. In plaats daarvan zijn er ‘landmarks’, gebiedjes die op elkaar lijkende cellen vertegenwoordigen. “Dit overzicht laat details weg, maar alle informatie is gebruikt om de landmarks te berekenen”, zegt Nicola Pezzotti, TU Delft-promovendus in de Computer Graphics and Visualization-groep van dr. Anna Vilanova

Google Earth

Vervolgens kan de gebruiker in stappen inzoomen op een groep cellen naar keuze tot hij individuele cellen met bijbehorende markers in beeld heeft. Pezzotti: “Het is te vergelijken met Google Earth, waar je begint met de hele aarde en kunt inzoomen tot de straat waar je woont.” Deze visuele hiërarchische methodiek, Cytosplore+HSNE, werkt makkelijk, snel en goed. “De landmarks vertegenwoordigen bekende celgroepen, zoals bepaalde T-cellen en B-cellen uit het afweersysteem”, vertelt LUMC- en TU Delft-onderzoeker Thomas Höllt , die de methodiek mede ontwikkelde.

 “Door in te zoomen kun je zeldzame celtypen ontdekken die ontbreken of juist aanwezig zijn bij een bepaalde ziekte, bijvoorbeeld de chronische darmaandoening de ziekte van Crohn. Dat levert aanknopingspunten op voor het begrijpen van die ziekte, diagnostiek en doelgerichte behandeling.”

Het wetenschappelijke artikel ‘Visual analysis of mass cytometry data by hierarchical stochastic neighbor embedding reveals rare cell types’ verscheen op 23 november in Nature Communications.

Dit onderzoek werd mede mogelijk gemaakt door de Stichting Technische Wetenschappen, project VANPIRE (12721).

Meer informatie

Bekijk de video hieronder.
Zie ook 'Cellen ontleden in razend tempo' en 'Afweersysteem veel complexer dan gedacht'.