Een kijkje in de hersenen

Hoogleraar biofysica Marloes Groot houdt aan de Vrije Universiteit in Amsterdam haar oratie ‘’Over eiwitten, protonen, elektronen en fotonen. Elementaire processen in de biologie, wat kunnen en willen we weten?’’

In eiwitten en enzymen spelen zich flitsend snelle processen af, die cruciaal zijn voor de stofwisseling van mens, plant en dier. Met ultrasnelle laserspectroscopie zijn deze reacties nu in real time te volgen op atomair niveau. Dit is het vakgebied van de biofotonica. Een veelbelovende nieuwe variant is optisch medisch imagen: het maken van beelden voor medische toepassingen met behulp van licht.

Hoe pakt u dat aan?

,,We werken met lasers. Laserlicht heeft een heel kleine golflengte. Daardoor kun je veel nauwkeuriger kijken dan met bestaande medische technieken zoals MRI-scan en Pet-scan. Met lasers kun je heel klein focusseren en een hele grote resolutie halen. Je kunt bijvoorbeeld zenuwcellen in actie zien. Samen met neurobiologen willen we processen in de hersenen gaan afbeelden, zoals het ‘vuren’ van de synapsen bij de signaaloverdracht in het zenuwstelsel. Over een jaar of drie willen we dit bij echte patiënten gaan toepassen.’’

Dwars door het schedeldak heen?

,,Dat zal nog niet meevallen. Je schedel is nou eenmaal niet erg transparant. Waarschijnlijk zijn de eerste toepassingen tijdens hersenoperaties, als de schedel toch al openligt. Om naar een heel klein gebiedje in de hersenen te kijken en een heel hoge resolutie te halen moet je heel veel fotonen in een heel korte tijd bij elkaar op een heel klein plekje zien te krijgen. Daarvoor gebruiken we de niet-lineaire laserspectroscopie. Weefsel wordt een stuk transparanter naarmate het licht van langere golflengtes is. We willen licht met een golflengte van 1 tot 3 micron door dat weefsel heen sturen. Dat komt al redelijk diep, misschien wel een millimeter diep. Via niet-lineaire processen, waarbij twee of drie fotonen tegelijkertijd interactie met de moleculen in dat weefsel hebben, wordt een zichtbaar signaal opgewekt. De schedel scattert nogal. Als dat licht erg verstrooid wordt weet je niet goed waar die fotonen precies vandaan kwamen. Dan heb je andere detectiemechanismen nodig.”

Welke kleur licht werkt het beste?

„Dat weten we niet van te voren. We maken gebruik van het feit dat verschillende moleculen op verschillende kleuren licht reageren. In onze laseropstellingen kun je die lichtkleuren heel snel verstellen. En dan willen we die laser als het ware leren om bepaalde moleculen of structuren in het weefsel af te beelden. In de laseropstelling wordt voortdurend van alles gevarieerd; de kleur, pulslengte en fase van de puls. Het idee is dat het apparaat dan via bepaalde leeralgoritmen zelf een soort optimum vindt. Dankzij steeds betere laserapparatuur, handzaam en goed instelbaar, komen klinische toepassingen in zicht.”

Is dat griezelig?

„Valt wel mee. Je moet dan wel lasers met een laag vermogen gebruiken. Bij epilepsieoperaties willen we samen met de neurobiologen kijken of alles na de operatie beter functioneert. En kankerspecialisten zijn heel hard op zoek naar nieuwe manieren om kanker in de mondholte eerder op te sporen. Kankerweefsel bezit bepaalde structuren die mogelijk anders op licht reageren dan gezond weefsel. Om dat zichtbaar te maken lijkt me fantastisch.”

Marion de Boo

De oratie wordt morgen om 15.45 uur gehouden aan de Vrije Universiteit.