Lekke bloedvaten begrijpen om kanker tegen te gaan
Met een Vici-subsidie van 1,5 miljoen euro gaat hoogleraar Mathematische Biologie Roeland Merks op zoek naar manieren om rommelige en lekke bloedvaten in tumoren aan te pakken. Hiervoor combineert hij op een unieke manier wiskundige simulaties met labexperimenten.
Rommelig en lek
Cellen aan de binnenkant van een tumor zijn slecht doorbloed. Om toch voeding te krijgen, activeren de tumorcellen bloedvatgroei. Dit gebeurt op een slecht gereguleerde manier, waardoor de bloedvaten in tumoren kronkelig en lek zijn, en slechter werken. Hierdoor is de zuurstoftoevoer onregelmatig. Dit maakt tumorcellen minder gevoelig voor chemotherapie en maakt ze agressiever, waardoor ze zich sneller uitzaaien in het lichaam. Merks wil met zijn onderzoek de mechanismen achter lekke bloedvaten beter begrijpen, en ontdekken hoe je die weer kunt herstellen.
Collectief gedrag
In eerder onderzoek is hij begonnen met computersimulaties. ‘Ik heb met wiskundige modellen beschreven hoe een individuele bloedvatcel zich gedraagt’, zegt Merks. ‘Daaruit leiden we dan af hoe hieruit het collectief gedrag volgt: de vorming van een bloedvat. De simulatiemethodes hiervoor lijken veel op die voor het collectief gedrag van vogels in vogelvluchten of van mensen.’ Maar, zegt Merks, om bloedvatvorming echt te begrijpen, moet het model verfijnd worden.
Omgeving van de cellen
Want wat bepaalt of een bloedvat normaal of juist rommelig is? Volgens Merks zeggen recente aanwijzingen dat het te maken heeft met de omgeving van de bloedvatcellen. Deze zogeheten extracellulaire matrix bepaalt de ruimtelijke structuur van de cellen. De stijfheid van deze matrix bepaalt mede of de cellen een regelmatig of onregelmatig bloedvat vormen. ‘Ik wil in mijn modellen snappen hoe de verandering van de matrix bepaalt hoe het collectief gedrag van de cellen verandert. Dan laat ik in het lab experimenten doen die mogelijk niet kloppen met het model en probeer ik het model te corrigeren. Het wiskundige model speelt dus een sturende rol in onderzoek.
Samensmelting wiskunde en biologie
Merks werkt naast zijn hoogleraarschap bij het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI). ‘Dit project zal uitgevoerd worden op het Mathematisch Instituut (MI), het Instituut Biologie Leiden (IBL) en het CWI’, aldus Merks. ‘Wat heel vaak gebeurt is dat de verschillende specialismen in aparte ruimtes zitten en zo uit elkaar groeien. Het speciale aan dit project is dat de wiskundige en de experimentele biologen bij mij op één kamer komen te zitten. Zo praten ze dagelijks met elkaar, waardoor ze elkaars invalshoeken leren begrijpen en echt gaan samenwerken.’
Vijfjarendoel
Merks zegt dat hij na vijf jaar twee dingen bereikt wil hebben. ‘Allereerst hoop ik in het lab te bepalen welke factoren de switch bepalen tussen een onregelmatig tumornetwerk en een regelmatig en dus gezond bloedvatnetwerk. Zo’n switch hoop ik ook in een celcultuur en uiteindelijk in de zebravis te bewerkstelligen. Ten tweede gaat dit project heel sterk over methodologieontwikkeling. Ik hoop dat onze aanpak – waarin het wiskundig model sturend is voor de experimenten – een blauwdruk wordt voor soortgelijke projecten in de ontwikkelingsbiologie, met eenzelfde interdisciplinaire aanpak.’
Merks is van oorsprong bioloog en is werkzaam bij het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI). Hij is daarnaast hoogleraar bij het Mathematisch Instituut in Leiden. In 2011 ontving hij een Vidi-beurs voor wiskundige modellering van de interactie tussen cellen via de extracellulaire matrix tijdens bloedvatgroei. Hij zal zijn Vici gaan uitvoeren bij het Mathematisch Instituut (MI), het Instituut Biologie Leiden (IBL) en het CWI