Onderzoekers kijken diep in weefsel

Nieuws - 01 december 2020 - Communication TNW

Eén van de uitdagingen in de optische beeldvorming is het scherp in beeld brengen van het binnenste van weefsel. Met traditionele methoden kun je tot ongeveer een millimeter diepte kijken. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld waarmee ze tot maar liefst vier keer zo diep kunnen gaan: tot zo’n vier millimeter. Vooral de gezondheidszorg kan in de toekomst van de nieuwe techniek profiteren.

De nieuwe beeldvormingsmethode brengt een aantal bestaande technieken samen. De belangrijkste is Optische Coherentie Tomografie (OCT), een techniek die oogartsen gebruiken om het netvlies in beeld te brengen. OCT is vergelijkbaar met akoestische echografie, maar gebruikt licht in plaats van geluidsgolven en heeft een hogere resolutie. Aan de hand van de informatie die in de weerkaatste lichtgolven besloten zit, kan een algoritme een dwarsdoorsnede van het weefsel maken.

Dwarsdoorsnede
Anders dan bij een normale OCT-scan maken de Delftse onderzoekers geen beelden met gereflecteerd licht, maar sturen ze het licht dwars door het weefsel heen. Aan de andere kant vangt een sensor het weer op. De onderzoekers kunnen daarbij zien welk licht wanneer aankomt. “Het licht dat langer onderweg is, is door het weefsel verstrooid en komt relatief laat bij de detector aan”, legt TU Delft-onderzoeker Jeroen Kalkman uit. “Normaliter zorgt dat voor onscherpe plaatjes. Maar door naar de aankomsttijd te kijken kunnen wij dit verstrooide licht scheiden van het licht dat recht door het sample is gegaan. Met dat vroeg aangekomen licht kunnen we een scherp plaatje maken.”

Om een doorsnede, een zogeheten tomogram, van het object te maken, gebruiken de onderzoekers technieken die bekend zijn uit de computertomografie, waarvan het bekendste voorbeeld de CT-scan is. “Daarbij meet je een projectie van de röntgenstraling die door het object heen komt onder heel veel verschillende hoeken en posities”, aldus Kalkman. “Vervolgens kun je al die verschillende projecties met behulp van een computer aan elkaar knopen tot een driedimensionaal beeld. Wij doen net zoiets, maar dan met licht.”

Enorme kick
Om te kijken tot hoe diep hun techniek kon gaan, hebben de onderzoekers hun methode getest op dode zebravissen, die ze verkregen via een lopende studie bij het Erasmus MC. De maximale penetratiediepte bleek zo’n vier millimeter te zijn, een verbetering van een factor vier ten opzichte van de gangbare reflectie-aanpak bij OCT. Daarnaast kunnen de verschillende zebravisorganen met hoog contrast worden afgebeeld door zowel naar de sterkte als de aankomsttijd van het licht te kijken. Kalkman: “We zijn hier met een heel team van onderzoekers bijna tien jaar mee bezig geweest, dus het geeft een enorme kick dat we dit nu eindelijk voor elkaar hebben gekregen.”

De nieuwe Delftse techniek kan in de toekomst waardevolle informatie over bepaalde ziekten opleveren. “Met onze methoden zou je de ontwikkeling van een ziekte heel precies kunnen volgen in de tijd”, zegt Kalkman. “Zo kunnen we bijvoorbeeld het effect van medicijnen of potentieel giftige stoffen op weefsel goed bestuderen, wat nuttige inzichten kan opleveren die kunnen leiden tot een betere behandeling of betere bescherming.”

Een toepassing van de nieuwe methode is daarnaast de analyse van biopten, kleine stukjes menselijk weefsel die artsen ter analyse bij patiënten afnemen. “Momenteel voegen labs vaak fluorescente labels aan biopten toe, of worden ze in kleine plakjes gesneden en opgehelderd met een vloeistof”, zegt Kalkman. “Dat duurt lang, en bij het ophelderen en in plakjes snijden kan zo’n biopt vervormen. Onze techniek kan de biopten naar verwachting in hun driedimensionale vorm weergeven en zo de arts beter helpen een goede diagnose te stellen.”  

Meer informatie

‘Deep-tissue label-free quantitative optical tomography’, Jelle van der Horst, Anna K. Trull, Jeroen Kalkman, Optica

Artikel

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)