Wetenschappers van het Prinses Máxima Centrum hebben een nieuwe beeldvormingstechniek en computeranalyse ontwikkeld waarmee ze miljoenen cellen in 3D-weefsel kunnen bestuderen, en honderden kenmerken van elke individuele cel zichtbaar worden. Hun onderzoek verscheen deze maand in het prestigieuze vakblad Nature Biotechnology.
Met de nieuwe techniek kunnen de wetenschappers individuele cellen in een intact orgaan bekijken. Zo kunnen ze het moleculaire profiel van de cellen analyseren, en hun vorm en plek in het orgaan of een tumor bepalen.
Bij andere technieken om individuele cellen te bestuderen moet weefsel eerst in kleine stukjes worden geknipt. Daardoor gaat belangrijke informatie over hoe weefsel is opgebouwd verloren.
Ruimtelijke informatie over cellen is belangrijk om te begrijpen hoe grote weefsels zijn opgebouwd, en hoe verschillende soorten cellen zich tot elkaar verhouden. Hiermee kunnen wetenschappers verschillen tussen gezond weefsel en kinderkanker ontdekken. In de toekomst zou zulke ruimtelijke informatie gekoppeld kunnen worden aan data over de uitkomst van de behandeling, om zo de diagnose te kunnen verbeteren.
Nieuwe groep Wilms’ tumorcellen
Het team onder leiding van co-eerste auteurs Ravian van Ineveld en Michiel Kleinnijenhuis paste hun microscopietechniek toe op weefsel van Wilms’ tumoren. Ze vergeleken deze tumoren met gezond weefsel van een zich ontwikkelende nier. Zo ontdekten ze een groep cellen met veel activiteit van een gen genaamd SIX2, dat helpt cellen in een onvolwassen staat te houden waarin ze blijven groeien.
Bij andere tumorcellen met veel SIX2 is er een verband met minder goede werking van chemotherapie. Er is eerst verder onderzoek nodig om het mogelijke belang van deze nieuwe groep van SIX2 Wilm's tumorcellen te onderzoeken – maar deze ontdekking laat zien dat de nieuwe beeldvormingstechniek kan leiden tot inzichten die in de toekomst de behandeling kunnen verbeteren.
Meer data in minder tijd
Onder de microscoop kunnen cellen worden herkend door specifieke moleculen te ‘taggen’ met fluorescerende deeltjes. De nieuwe pijplijn voor microscopie ontwikkeld door de Rios-groep (Dream3D Lab) verdubbelt het aantal kleuren dat tegelijkertijd kan worden getagd van vier naar acht. Hierdoor konden de onderzoekers verschillende soorten cellen veel nauwkeuriger van elkaar onderscheiden.
Het team ontwikkelde ook een geheel nieuwe manier om de enorme hoeveelheden data te verwerken die door de microscopietechniek worden gegenereerd. Ze knipten de informatie over het volledige orgaan op in kleinere 3D-blokjes. Deze blokjes werden naar veel computers tegelijk gestuurd om de gegevens te analyseren. Dit verkortte de verwerkingstijd van de grote datasets van meerdere dagen tot zo’n twee uur – een belangrijke overweging om de nieuwe techniek in de praktijk te brengen. Het team gebruikte ook ‘deep learning’-technieken om elke afzonderlijke cel in de grote dataset heel nauwkeurig te identificeren.
Link met klinische uitkomst
De wetenschappers testten hun nieuwe techniek met andere moleculaire tags om weefsel van een hersentumor en borsttumor te bekijken. Daarmee lieten ze zien dat hun techniek in meerdere weefseltypes kan worden toegepast.
De volgende stap voor de onderzoekers is om hun beeldvormingspijplijn te gebruiken om weefsel van nog meer patiënten te analyseren. Door hun 3D-weefselanalyse te koppelen aan uitkomsten uit de kliniek, zou het kunnen leiden tot betere diagnostische hulpmiddelen voor kinderkanker.
Dr. Anne Rios, hoofdonderzoeker van het Prinses Máxima Centrum en senior auteur van de studie, zei:
‘Onze nieuwe technologie op het niveau van individuele cellen is een belangrijke stap in het ontrafelen van de complexe manier waarop organen en tumoren zijn opgebouwd. Onze microscopietechniek geeft het beste van twee werelden: diepgaande karakterisering van individuele cellen, in de volledige context van grootschalige analyse van weefsel in 3D.
'Ik kijk ernaar uit om onze nieuwe techniek in gebruik te zien om beter te begrijpen hoe tumoren zich ontwikkelen en groeien, en misschien zelfs om aanknopingspunten te ontdekken voor betere behandeling en diagnose.'