ERC Starting Grant om microscopische bloedvaten in het hart en brein te bespioneren
De European Research Council (ERC) heeft een Starting Grant aan de Delftse natuurkundige Sebastian Weingärtner toegekend voor zijn onderzoek naar vernieuwende beeldvormingstechnieken om hart- en hersenziekten tegen te gaan. Tijdens dit vijfjarige programma zal Weingärtner Magnetic Resonance Imaging gebruiken om waterstofatomen in te zetten als microscopische spionnen om de kleinste bloedvaten in het lichaam te bekijken. Deze ultrakleine bloedvaten zijn zo fijn dat ze medische beeldvorming tot nu toe hebben omzeild, maar een beter begrip van hun eigenschappen zou een transformatie teweeg kunnen brengen in de behandeling van ziekten zoals hartfalen en dementie.
Microscopische spionnen
Sebastian Weingärtner zal gebruik maken van magnetic resonance imaging (MRI) om in te zoomen op de structuur van ultrakleine bloedvaten, ofwel de haarvaten, van het hart en brein. Weingärtner: “Met MRI vangen we een signaal op dat uit een heleboel microscopische deeltjes bestaat, namelijk de waterstofkernen. In mijn onderzoek gebruiken we deze deeltjes als microscopische spionnen, om de belangrijke eigenschappen van kleine structuren in hun omgeving door te geven. Door de microscopische beweging van deze spionnen te modelleren en ook de berichten die ze uitsturen, kunnen we de eigenschappen van het netwerk van kleine bloedvaatjes afleiden. Daardoor kunnen we een beeld van microscopische bloedvaatjes maken zonder schade aan te richten. Die informatie hadden we anders alleen kunnen verkrijgen door een weefselmonster af te nemen.”
Een unieke lens voor beeldvorming
“Het netwerk van de kleinste bloedvaten in het lichaam, de zogenoemde microvasculatuur, is een van de grootste onontdekte gebieden in medisch onderzoek naar zowel het hart en het brein”, zegt Weingärtner. “Onderzoekers hebben al grote vooruitgang geboekt in de diagnose en behandeling van ziekten die veroorzaakt worden door defecten aan grote bloedvaten, mede omdat deze vaten makkelijk te bekijken zijn met beeldvormingstechnieken. Maar als het gaat om aandoeningen van de microvasculatuur, zoals vormen van hartfalen of dementie, liggen we ver achter. Ons begrip van hoe deze ziekten verlopen en het vermogen om deze veranderingen waar te kunnen nemen, zijn ontzettend beperkt door een tekort aan instrumenten om de microvasculatuur te bekijken. Dit project kan een unieke lens bieden voor beeldvorming, om structuren te ontrafelen die zo fijn zijn dat ze tot nu toe aan medische beeldvorming zijn ontsnapt.”
De onderzoekers uit Weingärtner’s lab zullen proberen om meer MRI signalen te verkrijgen dan wat in eerste instantie zichtbaar is. Daarvoor moeten ze de achterliggende mechanismen van de signalen goed kunnen doorgronden en hun modellen uitvoerig controleren, om aan te tonen dat hun beeldvormingstechnieken daadwerkelijk de piepkleine structuren van de bloedvaten laten zien. “We hebben een uitgebreid stappenplan opgezet ter validatie. Het begint met het printen van op de micrometer nauwkeurige modellen van de microvasculatuur, tot aan een uiteindelijke vergelijking met invasieve metingen. Als we deze stappen volgen, kunnen we aan alle knoppen draaien en alle onderdelen evalueren van het MRI signaal, voordat we onze methode toepassen bij patiënten met hart- en hersenaandoeningen”, zegt Weingärtner.
Een bepalende stap
Over vijf jaar hoopt Weingärtner dat er een beeldvormingsinstrument beschikbaar is die gevalideerd en getest is bij patiënten en klaar is voor gebruik in de kliniek. “Dit kan een bepalende stap zijn naar een betere behandeling van aandoeningen gerelateerd aan de microvasculatuur. En die aandoeningen maken geen klein deel uit van de ziektelast: één op de twee patiënten die lijden aan hartfalen hebben een afwijking in de microvasculatuur, en ook de veroudering van de haarvaten is een van de hoofdoorzaken van dementie. Er zijn voor deze en andere ziekten met aan de basis een aandoening van de microvasculatuur op dit moment maar een heel beperkt aantal betrouwbare behandelingen. Preventieve interventie is vaak de enige succesvolle klinische behandeling. Daarom hebben we nieuwe instrumenten nodig om het ziekteverloop beter te begrijpen en de ontwikkeling van behandelingsmogelijkheden, vroegtijdige signalering en preventieve interventie verder te helpen.”
“Ik zie onze publiek gefinancierde posities en projecten als een opdracht om er alles aan te doen om de kennis op dit gebied te vergroten. Tijdens mijn onderzoekscarrière heb ik geprobeerd de vaardigheden te vergaren die mij helpen om mijn kleine stukje bij te dragen aan de grote puzzel van de wetenschap. Daarom zie ik mijn recent opgerichte lab bij de TU Delft als een plek om de slimste mensen die ik kan vinden en die deze interesse delen bij elkaar te brengen, en om ons uiterste best te doen om te zien hoe ver we het onbekende kunnen doorgronden”, besluit Weingärtner.
