Dierproeven

1. MOLECULAIRE BEELDVORMING & THERAPIE

In vivo moleculaire beeldvorming maakt het mogelijk om biologische processen in levende wezens beter te begrijpen door het in beeld brengen van wat er zich op het niveau van molecules en cellen afspeelt in het lichaam. Hiervoor worden radioactieve of fluorescente contraststoffen gebruikt die zeer specifieke moleculen (biomerkers) kunnen herkennen die uitgedrukt worden tijdens een ziekteproces. Na toediening zal de contraststof (‘tracer’) zich specifiek ophopen in organen en weefsels waar de biomerker tot uitdrukking komt. Dit kan in beeld gebracht kan worden met de gewenste beeldvormingsmodaliteit (nucleaire of fluorescentie beeldvorming). 
Moleculaire beeldvorming kan zowel bij patiënten gebruikt worden voor een betere diagnose of behandeling, als tijdens fundamenteel en translationeel onderzoek. Gezien de technieken niet- of minimaal invasief zijn, worden de procedures uitgevoerd met minimale pijn en stress voor de proefdieren (verfijning). Bovendien, en in tegenstelling tot invasieve methoden, zijn hiervoor minder proefdieren nodig aangezien eenzelfde dier in de tijd opgevolgd kan worden. Hierdoor daalt eveneens de variabiliteit van de resultaten (vermindering).  

Het laboratorium voor in vivo cellulaire en moleculaire beeldvorming richt zijn onderzoek op de ontwikkeling, preklinische validatie en klinische translatie van moleculaire tracers voor diagnostische en therapeutische toepassingen. Hiermee wordt tegemoet gekomen aan belangrijke klinische noden voor o.a. kanker, inflammatoire ziekten, diabetes, en cardiovasculaire ziekten, met als doel klinische impact te creëren.  
Het is bijvoorbeeld van groot belang om die populatie borstkankerpatiënten te identificeren waarvan de tumor letsels de HER2-biomerker uitdrukken, aangezien deze patiëntengroep in aanmerking komt voor effectieve therapieën die specifiek gericht zijn naar deze biomerker. Eveneens is het belangrijk om op voorhand te voorspellen welke patiënten positief zullen reageren op dure immuuntherapieën, of welke patiënten kans hebben op ernstige bijwerking. In plaats van hiervoor pijnlijke biopten te nemen, onderzoeken wij of niet-invasieve nucleaire beeldvorming met moleculaire contraststoffen geen beter alternatief is. Fluorescente contraststoffen kunnen daarentegen gebruikt om de kans op herval na chirurgische verwijdering van een tumor te verminderen.  Ze kunnen namelijk de chirurg helpen om een duidelijker onderscheid te maken tussen gezond en kwaadaardig weefsel tijdens de operatie zelf (Figuur 2).
Na het ontwikkelen en samenstellen van zo’n contraststof, worden de eigenschappen ervan uitgebreid getest op celculturen. Vervolgens onderzoeken we met behulp van beeldvorming hoe de contraststof zich in het lichaam van kleine knaagdieren gedraagt (waar gaat het naartoe en hoelang blijft het in het lichaam) en tonen we ook de capaciteit van de tracer aan om de biomerkers in het zieke weefsel specifiek te binden (Figuur 1A, 2). Op basis van alle preklinische evidentie, wordt dan besloten om deze contraststof naar de kliniek te vertalen voor verdere evaluatie bij patiënten. 
Eerste klinische studies hebben aangetoond dat HER2-postieve tumorletsels duidelijk en snel in beeld kunnen gebracht worden, zonder neveneffecten (Figuur 1B). Bijkomende klinische studies momenteel zijn gaande.  
Naast beeldvorming, kunnen moleculaire tracers ook gebruikt worden voor therapeutische toepassingen wanneer deze gemerkt worden met een therapeutisch radioisotoop. De tracer zal in dit geval als vehikel dienen om de schadelijke straling exclusief tot bij de tumorcellen te brengen. Er werd reeds aangetoond dat tumorgroei efficiënt verhinderd kon worden in verschillende muismodellen, zonder ongewenste neveneffecten. Deze resultaten liggen aan de basis van een reeks klinische studies gericht op de behandeling van patiënten met uitgezaaide kanker.  

2. CARDIALE BEELDVORMING

Cardiale beeldvorming speelt een belangrijke rol in het opsporen van verschillende hartziekten, zoals verkalking van de kransslagaders of slecht functionerende hartkleppen. Het wordt ook steeds vaker gebruikt voor de planning van complexe chirurgische ingrepen waarbij medische implantaten, zoals kunstkleppen, worden geplaatst

CT beeldvorming van minipigs ter ontwikkeling van een model om de patiëntspecifieke vorm van cardiovasculair implantaten te optimaliseren 

Tot recent was het in beeld brengen van een hart in beweging beperkt tot echografie en MRI. De ontwikkeling van bredere detectoren en hogere rotatiesnelheden in computed tomografie (CT) beeldvorming heeft er echter voor gezorgd dat het hele hart meerdere keren per seconde gescand kan worden. Dit laat toe de dynamische hartbeweging in beeld te brengen met veel klinische mogelijkheden voor de cardiale beeldvorming als gevolg. In vergelijking met echografie heeft CT een groter bereik en een betere signaal tot ruis verhouding, waardoor het de geprefereerde beeldvormingtechniek is voor segmentatie van het volledige hart en het opstellen van geometrische modellen. Daartegenover heeft 4D echografie een hogere tijdsresolutie en geeft meer gedetailleerde informatie over fijne structuren zoals hartkleppen. 

Door dynamische CT en echografie te combineren worden de voordelen van beide technieken benut waardoor het mogelijk wordt om op een betrouwbare en nauwkeurige manier gedetailleerde, patiëntspecifieke, informatie over de anatomie en beweging van het hart af te leiden. Dit laat de ontwikkeling toe van een nieuwe generatie realistische 4D modellen, die het mogelijk maken om complexe interventies te plannen. Hierdoor verminderen de onzekerheden in verband met deze interventies door nauwkeurigere afmetingen en positionering van het implantaat en versnelt de ontwikkeling van nieuwe cardiovasculaire implantaten. 

Zonder verdere optimalisatie, veroorzaakt het hoge temporele resolutie CT scan protocol een relatief hoge stralingsdosis voor de patiënt. Voor de ontwikkeling van de 4D modellen zijn namelijk repetitieve CT scans nodig bij hetzelfde individu. Door de mogelijks hoge stralingsbelasting kan dit niet onmiddellijk op patiënten worden uitgevoerd. Omdat er geen realistisch cardiovasculair fantoom bestaat, wordt er voor dit project geopteerd voor een preklinisch minipig model dat over een gelijkaardige cardiovasculaire anatomie en functionaliteit beschikt. 

Link voor meer informatie omtrent dit soort onderzoek: https://www.imec.be/nl/research-portfolio/diastole