Met 3D-imaging brengt dr. Anne Rios, principal investigator en hoofd van het Prinses Máxima Imaging Centrum in Utrecht, het patroon van tumoren in weefsel en immuuncellen die de tumor bestrijden in kaart. Met dit fundamentele onderzoek hoopt ze bij te dragen aan vermeerdering van de pathologische kennis van (kinder)kanker, waardoor tumoren specifieker bestreden kunnen worden, personalized medicine nog beter mogelijk wordt en op betrouwbare wijze voorspeld kan worden of een tumor op een bepaalde immunotherapie gaat reageren.
Anne Rios, opgeleid als celbioloog in Frankrijk, combineert een grote passie voor onderzoek met liefde voor kunst door het maken van kleurrijke afbeeldingen van 3D-imagingdata. Ze werkte tot 2017 in Australië aan innovatieve benaderingen van 3D-imaging van borsttumorprogressie. Sinds 2017 leidt ze haar eigen onderzoeksgroep en is ze hoofd van het Prinses Máxima Imaging Centrum in Utrecht, onderdeel van het gelijknamige centrum voor pediatrische oncologie. Ze is gefascineerd door de mogelijkheden die 3D-imaging biedt om tumor- en weefselstructuren in beeld te brengen. “Het visualiseren van tumoren met allerlei mooie kleuren zie ik als een soort kunst. Het geeft plezier om nieuwe technieken te ontwikkelen voor het in beeld brengen en bestrijden van tumoren.”
Publiek
Rios staat daarbij niet alleen. Een team van twintig mensen staat haar in haar onderzoeksgroep terzijde bij haar zoektocht naar nieuwe technieken om kanker steeds beter in beeld te krijgen en hierover met het publiek te communiceren: immunologen, celbiologen, informatici, biotechnici en een wetenschappelijk schrijver.
“We zijn allemaal gedreven om ons onderzoek met een breed publiek te delen. Ik geef regelmatig presentaties voor publiek, zoals voor de stichting Kinderen Kankervrij (KiKa), en ook was er een tentoonstelling over in museum De Lakenhal in Leiden. We hebben een 3D-stereodisplay ontwikkeld. Met behulp van een 3D-bril kunnen mensen virtuele organen bekijken en zien hoe een tumor eruit ziet. Op deze manier hopen we de wetenschap dichterbij de mensen te brengen.”
Kindertumoren
De onderzoekscarrière van Rios begon met onderzoek naar borstkanker. Nu doet ze binnen het Prinses Maximá Centrum voor kinderoncologie onderzoek naar een aantal voor kinderen specifieke tumoren: Wilms-tumoren, neuroblastomen, en diffuse midline glioma, een hersentumor die zich op een moeilijk te opereren plek achter in het hoofd bevindt. “Deze gliomen zijn heel moeilijk te bereiken, ze verspreiden zich als een soort dunne draden door de hersenen. Door ze met 3D-imaging in beeld te brengen, hopen we ze beter te kunnen gaan bestrijden. Bij een Wilms-tumor kan 3D-imaging helpen om te bepalen hoe agressief de tumor is: in lage, gemiddelde of hoge mate. Dat bepaalt in sterke mate welke behandeling geschikt is. Als de diagnose goed is, is de kans op genezing groter. Soms treedt bij kinderen met intermediate agressieve Wilms-tumor een recidief op. Waarom gebeurt dat? Wat was er dan gemist bij de diagnose? Dat soort vragen proberen we te beantwoorden met 3D-imaging. Met 3D-imaging kunnen we meer celtypen herkennen dan de celtypen die normaliter worden geïnventariseerd voor het stellen van een diagnose. Misschien kunnen we aan de hand van deze extra cellen tot een betere diagnose komen, maar dat vereist nog verder onderzoek.”
Rommelige structuur
Rios toont op haar laptop beelden van gezond nierweefsel. “Je ziet hier in verschillende kleuren de diverse typen cellen die in de nieren aanwezig zijn in een gestructureerd patroon. Kijk je naar een Wilms-tumor, dan zie je een rommelige structuur met allerlei kleuren cellen dwars door elkaar heen.”
Deze beelden zijn ook terug te zien in een recente publicatie van de Rios-groep in Nature Biotechnology.1 In deze studie wordt beschreven hoe met behulp van nieuwe 3D-technieken verschillen in moleculaire, ruimtelijke en morfologische kenmerken tussen Wilms-tumorweefsel en gezond foetaal nierweefsel getoond kunnen worden. Miljoenen cellen kunnen zo worden afgebeeld en het is ook mogelijk om single cells in kaart te brengen en hoe deze onderling georganiseerd zijn.
Intact orgaan
De genoemde studie beschrijft een 3D-techniek, mLSR-3D, en een methode om data te verwerken en individuele cellen te segmenteren met kunstmatige intelligentie (AI), STAPL-3D. Met deze methoden is het mogelijk het ruimtelijke patroon van de tumor te reconstrueren. Dit ruimtelijke patroon is vergeleken met het gezonde embryonale nierweefsel zeer ongeorganiseerd. “Met deze techniek hebben we zelfs tumorspecifieke celpopulaties geïdentificeerd waarover nog niet eerder was gerapporteerd”, zegt Rios.
“Het bijzondere aan deze techniek is namelijk dat je hiermee naar individuele cellen in een intact orgaan kunt kijken, in tegenstelling tot andere technieken waarbij je eerst het weefsel in plakjes moet snijden om individuele cellen te bestuderen. Daardoor gaat belangrijke informatie over de opbouw van het weefsel verloren. Zonder intact houden van het weefsel hadden we de vorm en positie van individuele cellen gemist en ook de genoemde nieuwe tumorspecifieke celpopulaties niet kunnen identificeren.”
Immuuncellen
Met 3D-imaging kan niet alleen worden bekeken hoe tumoren zich ‘gedragen’, maar ook hoe immuuncellen hierop reageren. “We willen in beeld brengen welke immuuncellen op een tumorcel afkomen en hoe ze zich gedragen. Welke cellen zijn het actiefst en zouden we kunnen promoten voor een effectievere therapie?”
Door een lijst te maken van tumorceltypen en typen immuuncellen kun je een match maken welke immuuncellen op welk kankerceltype reageren, zegt Rios. “Dit kan inzicht verschaffen in welke immunotherapie succesvol zal zijn bij een bepaald type tumor. Anderzijds zijn er ook tumoren die het immuunsysteem als het ware kunnen omkeren, waardoor immuuncellen een tumor juist gaan helpen met bijvoorbeeld de groei. Welke mechanismen zitten daarachter?”
Farmaceuten
Met 3D-imaging kan Rios een soort real-life filmpje maken van hoe immuuncellen een tumorcel benaderen en aanvallen. “Farmaceuten zijn hierin zeer geïnteresseerd. Ze willen van ons weten welke tumorcellen gedood worden, door welke immuuncellen, en wat er nog aan tumorcellen overblijft. We hebben daarom een technologisch platform, BEHAV3D, opgericht waarmee we deze elementaire kennis delen met farmaceutische bedrijven, die aan de hand hiervan proof-of-concepts voor immunotherapie ontwerpen die in trials kunnen worden onderzocht.”
Een volgende stap is dat met 3D-imaging voorspeld kan worden welke tumoren wel of niet zullen reageren op een immunotherapie. “Maar zover is het nog niet”, besluit Rios.
Referentie
1. Van Ineveld RL, et al. Nat Biotechnol 2021;39:1239-45.
Drs. Marc de Leeuw, wetenschapsjournalist
Oncologie Up-to-date 2022 vol 13 nummer 2
DEEL DIT ARTIKEL:
Beurs
Naast andere onderzoeksbeurzen die dr. Anne Rios binnenhaalde, zoals een European Research Council starting grant, kreeg zij in april 2021 de L’Oreal-Unesco For Women in Science fellowship. Hierbij hoort een beurs van € 25.000 die is bedoeld voor een onderzoeksverblijf gedurende een semester aan het Netherlands Institute for Advanced Study (NIAS), een instituut van de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen (KNAW). Dit biedt haar de gelegenheid om vrij van reguliere werkzaamheden, zoals onderwijs en administratieve taken, zich helemaal te wijden aan de wetenschap en met name de sociale impact van haar werk. “Ik was heel blij met deze award en zie deze als een erkenning van mijn positie als vrouw in de wetenschap, die ik kan gebruiken om anderen te inspireren”, zegt Rios, die deze beurs gaat gebruiken voor het verder ontwikkelen van een kunstexpositie gebaseerd op haar werk.