Speuren naar de bron van vergeetachtigheid
Vergeten en vergissen zijn kenmerken van de ziekte van Alzheimer. Natuurkundigen Serge Rombouts en Martina Huber ontwikkelen nieuwe technieken die de medische wetenschap helpen deze sluipende aandoening beter te doorgronden.
Het was geen vooropgezet plan, maar de ziekte van Alzheimer blijkt een terugkerend onderwerp in de loopbaan van natuurkundige Serge Rombouts, hoogleraar cognitieve neuroimaging bij het LUMC en het Instituut Psychologie van de universiteit. Hij promoveerde in 1999 op een techniek die met een MRI-scanner hersenactiviteit in Alzheimerpatiënten in beeld kan brengen, en dementie is daarna in veel van zijn projecten blijven terugkeren. Het ultieme doel: met een hersenscan bepalen of iemand kenmerken van dementie vertoont, als aanvulling op gesprekken en geheugentestjes die artsen gebruiken om een diagnose te stellen.
Onderscheiden van andere soorten dementie
‘Probleem is dat in een vroeg stadium de ziekte van Alzheimer allerlei overeenkomsten vertoont met andere soorten dementie’, zegt Rombouts. ‘Je wilt zo vroeg mogelijk een onderscheid kunnen maken, en die diagnostiek is ook handig als je nieuwe behandelingen wilt uittesten. De ziekteprocessen in de hersenen zijn al tien à vijftien jaar aan de gang voordat de symptomen als vergeetachtigheid merkbaar worden. En wellicht heeft een behandeling veel meer effect als je jaren eerder begint.’
‘Krachtige computers kunnen misschien verbanden leggen die mensen niet kunnen zien’
Een scan-diagnose is er nog niet, maar wetenschappers als Rombouts zien met de juiste methodes inmiddels wel verschillen tussen hersenscans van Alzheimerpatiënten en die van gezonde proefpersonen. ‘Alleen is dat het duidelijkst te zien als we de twee groepen onderling met elkaar vergelijken. Je kunt helaas nog geen betrouwbare diagnose stellen als je een individuele patiënt in de scanner legt.’
In de hersenen kijken
De techniek waarmee Rombouts het brein in beeld brengt kijkt via een omweg naar hersenactiviteit. Door actieve hersengebieden stroomt namelijk wat meer zuurstofrijk bloed en dat signaal kan de scanner oppikken. Met alle meetgegevens kun je vervolgens kleurrijke plaatjes maken met grijze hersendoorsnedes waarin sommige gebieden rood of groen oplichten. Die kleuren betekenen op zich niet veel, zegt Rombouts, het is een manier om de meetgegevens overzichtelijk in beeld te brengen.
Vroeger werd vrijwilligers gevraagd een taak uit te voeren in de scanner, maar tegenwoordig mogen ze gewoon stilliggen op hun rug. Dan is er op de scans toch van alles te zien, want ons brein rust nooit en zit altijd vol gedachten, plannen en herinneringen. Van ons energieverbruik in totale rust nemen de hersenen twintig procent voor hun rekening, zegt Rombouts. Dat drukke verkeer tussen hersengebieden is ook in een scan te zien.
Diagnose stellen met hersenpatronen
‘We hopen dat geleidelijke verandering in spontane hersenpatronen bruikbaar is voor het stellen van een Alzheimer-diagnose. De hoop is dat artificial intelligence daarbij een rol kan spelen. Krachtige computers kunnen duizenden hersenscans onderling vergelijken en misschien nieuwe verbanden leggen die mensen niet kunnen zien.’
Eiwit-plaques in kaart brengen
Martina Huber, werkzaam bij het Leiden Institute of Physics, gebruikt eenzelfde type meettechnologie als Rombouts, alleen brengt zij geen hersenen maar moleculen in kaart. Zo is van het eiwit amyloïd-bèta bekend dat het samenklontert en neerslaat in de hersenen, en waarschijnlijk een rol speelt in het verloop van de ziekte. Bij mensen met een vergevorderde vorm van Alzheimer zijn zulke eiwit-plaques zelfs zichtbaar onder de microscoop.
Hoe en waarom amyloïd – dat iedereen van nature heeft – eigenlijk gaat samenklonteren is nog niet goed opgehelderd. En daarvoor biedt Hubers spinresonantie-apparaat uitkomst: dat kan bij 263 graden onder nul tot op de halve nanometer nauwkeurig bepalen hoe eiwitten elkaar opzoeken en samenklitten. Omdat het onmogelijk is dat in de hersenen van mensen te bestuderen, werkt Huber in de reageerbuis. Die stopt ze in een manshoge, ijskoude meetopstelling, die in samenwerking met de fijnmechanische dienst doorlopend wordt verbeterd.
Schadelijke ophopingen
Huber: ‘We weten inmiddels dat kleinere ophopingen van enkele tot tientallen amyloïde-eiwitten, die nog geen plaques vormen, erg schadelijk zijn voor hersencellen. Natuurkundigen proberen dat proces in een reageerbuis in kaart te brengen. Wij kunnen zien welke stukjes van het eiwit elkaar opzoeken, en hoe eiwitten van vorm veranderen als ze gaan samenklonteren.’
‘Wij kunnen zien welke stukjes van het eiwit elkaar opzoeken’
Het lastige van veel eiwitten is dat ze van nature geen vormvaste legoblokjes zijn, maar eerder hyperactieve spaghetti: een losse kluwen die per seconde honderd verschillende gedaanten aanneemt. Stevig koelen met vloeibaar helium brengt die beweeglijkheid flink omlaag. ‘Om in deze wanorde te meten heb je gewoon andere methoden nodig. Met kennis van natuurkunde plus nieuwe technieken kunnen we die wanorde wel in kaart brengen. Onze drijfveer is om de apparatuur steeds verder te verbeteren om dit soort vragen uit de medische wereld te beantwoorden.’
Samenklontering tegengaan
Uit het lab van Huber komt straks geen nieuw Alzheimer-medicijn, maar kennis van hoe eiwitten zich gedragen helpt artsen en farmaceuten wel degelijk in hun zoektocht naar een behandeling, -bijvoorbeeld naar een middel dat samenklontering tegengaat. ‘Maar dat is al een grote stap’, zegt Huber. ‘Je wilt ook niet te veel beloven. In het grote veld van Alzheimer-onderzoek werken wij aan één puzzelstukje. Er is uiteraard geen garantie waar een doorbraak of nieuw middel tegen Alzheimer straks vandaan zal komen.’
Tekst: Arno van 't Hoog
Dit artikel verscheen eerder in Leidraad, het alumnimagazine van de Universiteit Leiden.