Een spier krijgt vóór hij gaat bewegen eerst een signaaltje vanuit de hersenen. Wat er vervolgens gebeurt? Eigenlijk weten we het niet precies. Masterstudent Rick Waasdorp bedacht een extreem snelle, niet-invasieve techniek om een kijkje te nemen. Die is geknipt voor onderzoek naar spierdystrofie.

Als je een elektrisch stroompje toedient aan een spier, zorgt dat voor een samentrekking van de spiervezels gevolgd door een lichaamsbeweging. Huisgenoten en vrienden van Rick Waasdorp weten er alles van, want de jonge onderzoeker gebruikte hen menigmaal als proefkonijn. Zichzelf trouwens ook. “Ik wilde weten hoe een spier precies functioneert, dus ik gebruikte een elektrische stimulator om te zien wat er gebeurt als een elektrisch stroompje een spier activeert”, legt hij uit. “Het is wel eens voorgekomen dat ik mezelf in het gezicht sloeg. Alle schokken zijn volkomen veilig, maar bij experimenten op anderen gebruikte ik kleinere schokjes om dat te voorkomen.”

Het tekent de gedrevenheid van de werktuigkundestudent met specialisatie BioMechanical Design dat hij eerst een LUMC-training volgde over zenuwstimulatie van spieren voor hij aan het experimenteren sloeg. Zijn onderzoeksambities waren dan ook niet mis. Waasdorp wilde twee geavanceerde biomedische technieken combineren om het precieze verloop van een spiersamentrekking in beeld te brengen: ultrafast ultrasound (UUS) en high-density EMG (HD-EMG).

UUS is een 'opgevoerde' versie van de aloude echografie. Organen en weefsels worden ermee in beeld gebracht door uitzenden en weer opvangen van ultrageluid. HD-EMG is een techniek om het elektrische signaaltje te meten dat bij een spiersamentrekking wordt afgegeven. Dat kan vrij simpel, door een aantal elektroden op de huid te plakken. “De elektrische golf die door de spier beweegt en de contractie die daarop volgt kun je op die manier nauwkeurig volgen”, vertelt Waasdorp. “Als je het combineert met ultrageluid, kun je tot op het niveau van milliseconden en micrometers zien wat er in de spier gebeurt. Dat maakt deze methode bijzonder, bestaande meettechnieken kunnen veel minder snel meten.”

Waarom het allemaal zo snel moet? Omdat elektrische signalen en daaropvolgende spiercontracties in een onvoorstelbaar tempo verlopen. De methode van Waasdorp produceert met gemak 5000 frames per seconde en kan het dus aardig bijbenen. Uit de brei van plaatjes komt een beeld naar voren waarin witte lijntjes – de spiervezels – gaan bewegen op het moment van samentrekking. Op die manier maakt de techniek zeer nauwkeurig duidelijk hoe de spier eraan toe is.

Eindcijfer 10

Dat is al opzienbarend, maar niet de enige reden waarom Waasdorp maar liefst een 10 met een griffel kreeg voor zijn onderzoek – voor elk van zijn begeleiders een unicum. Hij ging namelijk meteen op zoek naar een praktische toepassing voor zijn vondst. Daarvoor haalde hij heel wat overhoop.

Waasdorp ging al vanaf de start samenwerkingen aan om zijn onderzoek een stap verder te brengen. Bij het ontwikkelen van zijn innovatieve meettechniek betrok hij de afdelingen Imaging Physics en BioMechanical Engineering van respectievelijk de faculteit Technische Natuurwetenschappen en de faculteit 3mE. Toen de supersnelle meettechniek eenmaal werkte, klopte hij aan bij het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC) om bij medici te polsen wat ze eraan zouden kunnen hebben. “Waarom? Omdat het er voor mij uiteindelijk om draait dat mijn onderzoek nut heeft.” Na een presentatie van zijn onderzoeksresultaten aan experts uit de radiologie, revalidatie en neurologie bleek dat vooral het onderzoek naar spierdystrofie er baat bij zou kunnen hebben. Bestaande researchmethoden zijn namelijk ontoereikend voor spierdystrofiepatiënten.

Vervetting van spierweefsel

Duchenne spierdystrofie is een ziekte die de spieren verzwakt, waardoor patiënten vaak in hun tienerjaren in een rolstoel terechtkomen. Doordat de ademhalingsspieren en het hart steeds verder verzwakken is de gemiddelde levensverwachting tussen de 30 en 35 jaar oud. De spierverzwakking ontstaat door het ontbreken van het eiwit dystrofine in de spier. Het spierweefsel wordt zwakker door spiervezeluitval. De uitgevallen spiervezels worden vervangen door vet. Krachten worden daardoor minder efficiënt overgebracht in de spier.

Een MRI-scan kan de typische vervetting van het spierweefsel in beeld brengen, maar vertelt niet in hoeverre de rest van het spierweefsel is aangetast. Daarvoor is het noodzakelijk om de spierkracht te testen. In de bestaande praktijk kan dat alleen door patiënten een maximale kracht te laten uitoefenen. Probleem is dat dit mogelijk extra schade kan veroorzaken. “De test verergert het ziektebeeld”, legt Waasdorp uit. “Daar wil je dus vanaf.”

De combinatie van HD-EMG en UUS visualiseert de elektrische ontlading van de spiervezels én de samentrekking ervan zonder prikken of andere schade. Dit raakt de kern van het probleem bij een dystrofiepatiënt: het omzetten van een zenuwsignaal in spierkracht. Het kan ook nieuwe inzichten opleveren over het verloop van de ziekte.

Hoog niveau

Zijn vurige wens om onderzoek te doen dat een verschil maakt, gaat inmiddels in vervulling. Het project dat anderhalf jaar geleden begon als fundamenteel onderzoek is op een haar na klaar voor klinische tests op patiënten. Eind vorig jaar gaf hij een podiumpresentatie op het IEEE International Ultrasonics Symposium in Glasgow. Een publicatie in een wetenschappelijk tijdschrift staat op stapel.

Zijn begeleiders Winfred Mugge en Alfred Schouten (BioMechanical Engineering) en Verya Daeichin (Imaging Physics), zijn lyrisch over de professionele manier waarop hun pupil verschillende vakgebieden samenbracht en zich de kennis daarvan eigen maakte. “Binnen het project was Rick de enige die op alle vakgebieden op hoog niveau discussie kon voren met de betreffende experts”, aldus Mugge. “Met enorme toewijding, inzet en creativiteit heeft hij zijn begeleiders versteld doen staan van zijn prestaties.”

Waasdorp blijft er zelf nuchter onder. “Misschien ben ik geen typische student, maar het lijkt mij logisch dat ik artsen die er verstand van hebben vraag wat ik als technicus voor hen kan betekenen.”

Het heeft simpelweg te maken met een ingebakken hang naar perfectie, denkt hij. “Als ik iets onderzoek, moet het goed gebeuren, liefst perfect. Daarom vraag ik eerst experts hoe alles in elkaar zit. Dat is de snelste weg om zelf expert te worden.”

Je moet er maar zin in hebben én het durven. Het geldt zeker niet voor iedere masterstudent. Toch is Waasdorps ervaring dat wetenschappers het alleen maar leuk vonden als hij weer eens met een complexe vraag bij hen aanklopte.

Studiebol

Een 'zesjesmentaliteit' is hem duidelijk vreemd. Hij presteerde het zelfs om halverwege zijn onderzoek de vraagstelling nog eens aan te passen. Focussen op de eerste milliseconden van een spierbeweging bleek namelijk nóg spannender dan analyse van de spiercontractie op langere tijdschaal. De ommezwaai in zijn onderzoek kostte hem drie maanden extra om zich opnieuw helemaal in te lezen.

Moeten we ons Waasdorp voorstellen als een typische studiebol? Welnee, de Heemsteder is een fanatieke fietser en schaatser die graag met zijn vrienden een biertje drinkt. Maar wel een die zich als het erop aan komt een paar maanden opsluit om zijn onderzoek tot een goed einde te brengen.

Zijn succesvolle masteronderzoek heeft Waasdorp – inmiddels 25 – geen windeieren gelegd. Hij is in september doorgestoomd naar een minstens zo ambitieus PhD-onderzoek. Dat draait niet om dystrofie, maar wel weer om uiterst verfijnde meettechnieken. De komende jaren gaat hij proberen om met behulp van ultrasoundtechniek hersenactiviteiten in beeld te brengen, uiteraard opnieuw op een ongeëvenaarde resolutie. “Ik werk graag aan relevante vraagstukken, en dat geldt voor dit onderwerp zeker. Dit kan razend interessant worden voor de neurowetenschappen. Ik heb er zin in!”

/* */