In het ziekenhuis is een revolutie gaande. In plaats van symptomen te bestrijden zal de arts van de toekomst aandoeningen opsporen nog voordat de patiënt echt ziek wordt. Deel 6 van een serie over de technologieën van de toekomst.
Lijkt het u wat? Een video van uw eigen hart. Zodat u thuis op de bank kunt zien hoe uw hart zich volzuigt met bloed en vervolgens dat bloed door de aderen stuwt. Binnenkort is het mogelijk. De medische wetenschap is steeds beter in staat om lichaamsprocessen te filmen. Of filmen is misschien niet het juiste woord: het gaat om verschillende scanmethodes die met slimme software worden gecombineerd tot een geïntegreerd, driedimensionaal beeld. Vooraf kan er contrastvloeistof worden ingespoten die zich aan specifieke eiwitten hecht, zodat bepaalde functies tot in detail kunnen worden bestudeerd. Het is een toekomstscenario, maar niet een erg verre toekomst, vindt Jacques Souquet, chief scientific and technology officer van Philips Medical Systems, een van de grootste producenten van medische apparatuur in de wereld. Er bestaat inmiddels een contrastvloeistof, Optison, waarvan de eigenschappen kunnen worden gewijzigd terwijl de stof al in het menselijk lichaam is ingebracht. Dat kan zeer nuttig zijn bij onderzoek naar het functioneren van het hart. Artsen 'filmen' met ultrageluid (echoscopie) de aanwezigheid van Optison in het hart, en verwijderen vervolgens de stof met een dosis gerichte straling uit de hartspier. Daarna kunnen ze precies bekijken hoe snel de contraststof weer in de hartspier terugkeert. Zo kunnen ze nagaan of alle aderen goed functioneren, en zo niet, welke ader geblokkeerd is.
Symptomen
Economische crisis of niet, de ontwikkelingen in de medische wetenschap gaan in hoog tempo door. Dat is logisch gezien de onstuimige groei van de vraag op deze miljardenmarkt. Volgens de Wereld Gezondheidsorganisatie zal in het jaar 2010 meer dan 30 procent van de wereldbevolking ouder zijn dan zestig jaar. Deze groep zal een steeds groter beroep op de medische dienstverlening doen. “Tel daarbij op dat de patiënten steeds beter geïnformeerd zijn over hun gezondheidsproblemen, onder meer door zelfstudie via internet,” zegt Souquet. Met andere woorden, de kritische consument rukt op, ook in het ziekenhuisbed. Met het in kaart brengen van het menselijk genoom werd de afgelopen jaren een belangrijke stap gezet. Geleidelijk begint de aandacht van de medische sector zich nu te verschuiven. Traditioneel wordt een ziekte aangepakt op het moment dat hij zich openbaart: als er symptomen en klachten zijn. Beter zou het zijn om die ziekte op te sporen nog voordat de patiënt zich ziek voelt. Door het analyseren van het dna kan de aanleg voor bepaalde aandoeningen worden vastgesteld. En door te kijken naar de aanwezigheid van sommige eiwitten in het lichaam, kunnen ziektes in een vroeg stadium worden opgespoord. Nederlandse bedrijven die een rol spelen op de mondiale markt voor medische producten zijn onder meer Philips Medical Systems, vooral met scansystemen, en de farmaceutische divisie van Akzo Nobel. Bij beide bedrijven neemt het onderzoek naar de bouwstenen van het leven, dna en eiwitten, de afgelopen jaren een steeds grotere plaats in.
Heilige graal
Sinds de ontwikkeling van röntgenbuizen aan het begin van de vorige eeuw is Philips betrokken bij de productie van stralingsapparatuur. Lange tijd was radiologie de enige manier om intern onderzoek bij patiënten te doen – dat wil zeggen zonder ze open te snijden. Tegenwoordig is het arsenaal sterk uitgebreid met onder meer ultrageluid, magnetic resonance (MR) en positron emission tomography (PET), waarbij respectievelijk met geluidsgolven, magneetvelden en elementaire deeltjes lichaamsprocessen worden bestudeerd. De verschillende systemen hebben uiteenlopende mogelijkheden en resoluties, CT-scans zijn bijvoorbeeld sterk in het vastleggen van anatomische bijzonderheden terwijl PET gebruikt wordt om de functies van organen (zoals de hersenen) te bestuderen. De uitdaging bij Philips is nu om de resultaten van de verschillende scansystemen te integreren, zodat een samenhangend geheel ontstaat. De volgende stap wordt moleculaire identificatie genoemd. Eiwitten spelen een belangrijke rol bij alle lichaamsprocessen.
Een gespecialiseerde tak in de medische sector houdt zich bezig met de productie van contrastvloeistoffen die zich aan bepaalde eiwitten hechten. Het kan bijvoorbeeld om proteïnen gaan die optreden in een ziekteproces. Met MR- of PET-scanners is het vervolgens mogelijk om na te gaan waar deze eiwitten worden aangemaakt, of welke organen precies zijn aangetast. Een voorbeeld kan worden gevonden in het kankeronderzoek. Tijdens het ziekteverloop raken bepaalde eiwitten door de ziekte aangetast, waardoor ze een chemische reactie veroorzaken die gezonde cellen op hun beurt ziek maakt. Er is een behandelmethode waarmee deze 'zieke' eiwitten kunnen worden bestreden, maar de behandeling is duur en bij lang niet alle patiënten effectief. Erger nog: de effectiviteit van de behandeling kan vaak pas na maanden worden vastgesteld. Intussen kan het gebeuren dat de ziekte van de patiënt sterk verergerd is. Er wordt gewerkt aan contraststoffen die de aanwezigheid van de eiwitten aantonen: nu kan de onderzoeker veel sneller (zelfs binnen 24 uur) zien of de behandeling aanslaat.
Eiwitten zijn de heilige graal van de biomedische sector, zoals het genoom dat lange tijd was (in jargon: 'proteomics' in plaats van 'genomics'). Het dna levert de code voor het leven, maar de bouwstenen en procesbestuurders zijn eiwitten. Als de eiwitten net als de menselijke dna-structuur ontraadseld kunnen worden, komt er een schat aan informatie vrij over de werking van de organen en ziekteprocessen.
Probleem: er is in het menselijk lichaam een onbekend aantal (100.000, een miljoen?) verschillende eiwitten aan het werk, die stuk voor stuk zijn opgebouwd uit ketens van enkele tot duizenden moleculen (aminozuren). Tot overmaat van ramp heeft elk eiwit een specifieke driedimensionale structuur, die medebepalend is voor zijn eigenschappen, en gaan de eiwitten onderling nog eens ingewikkelde relaties aan.
Een afwijking in een van de eiwitten kan verantwoordelijk zijn voor ziekte, maar om de juiste samenstelling en structuur te achterhalen, is een duizelingwekkende opgave.
Pillen op maat
Laboratoria in de hele wereld zijn verwikkeld in een race om zo veel mogelijk eiwitten te ontdekken, om te proberen één of enkele eiwitten te isoleren die een medische doorbraak kunnen forceren. In databestanden zijn inmiddels ongeveer tienduizend eiwitten beschreven. Maar daarmee zijn nog lang geen ziektes opgelost. “Het is een grote hype,” zegt Henri Theunissen, manager research alliances van Organon, een van de werkmaatschappijen van Akzo Nobel Pharma, “maar als ik zie welke geneesmiddelen in de pijplijn zitten die afkomstig zijn uit genomics of proteomics, dan is dat op de vingers van een hand te tellen.” In de laboratoria van Organon in Oss wordt gezocht naar eiwitten met proteomica-technieken, waarbij met behulp van een elektrische stroom verschillende eiwitten kunnen worden gescheiden. Daarna worden bepaalde eigenschappen van het eiwit gemeten, zoals de massa van de verschillende moleculen. Probleem: om een proteïne te bestuderen, moet het in verschillende stukken worden gehakt, waarmee de volgorde van de moleculen en de ruimtelijke structuur nog steeds een groot raadsel blijven.
Toch ligt er hoop in de overvloed aan informatie die het onderzoek naar eiwitten oplevert. Een nieuwe discipline in de computerwetenschap, bio-informatica, is steeds beter in staat om patronen te ontdekken in de data-brij. Databestanden met eigenschappen van eiwitten worden aangevuld met enorme hoeveelheden gegevens van ziekenhuizen over behandelmethodes en de patiënten waarbij deze methodes wel of niet werkten. Het resultaat moet leiden tot 'pillen op maat'. Een van de grote problemen in de medische sector is namelijk dat medicijnen bij verschillende mensen verschillend werken. Zelfs het meest effectieve medicijn werkt hooguit bij 60 tot 70 procent van de patiënten. Een voorbeeld is een bepaald middel tegen borstkanker, herceptin, dat alleen bij vrouwen met een bepaalde dna-structuur werkt. Bij borstkanker is het van essentieel belang dat zo snel mogelijk de juiste remedie wordt gevonden. Door dna-gegevens van patiënten te koppelen met andere statistieken, moet langzaam duidelijk worden welke patiënt baat heeft bij welke geneesmiddelen.
Juiste plaats
Bij Philips willen ze niet afwachten tot alle geheimen van de eiwitten bekend zijn.
Het is voldoende als de moleculen van bepaalde contraststoffen aan sommige eiwitten kunnen worden 'gehangen'. Met de steeds veelzijdigere scanners kunnen vervolgens de lichaamsprocessen in detail worden gevolgd. De volgende stap, zegt Jacques Souquet hoopvol, is dat geneesmiddelen aan diezelfde proteïnen worden gekoppeld, zodat ze precies op de juiste plaats hun werk doen. Souquet: “Nu is het bij chemotherapie zo dat het hele lichaam, en dus ook de kankercellen, ziek wordt gemaakt. In de toekomst worden medicijnen meegenomen door eiwitten die alleen in, bijvoorbeeld, de lever of nieren werkzaam zijn. Door het bloed reizen ze naar de organen om daar hun werk te doen.” De scanners moeten vooral een bijdrage leveren om ziektes zo vroeg mogelijk op het spoor te komen. De nadruk verplaatst van de symptoombestrijding naar preventie. In de VS zag Souquet al winkelcentra waar het winkelend publiek tussendoor even een gezondheidscentrum kan binnenlopen om een medische check te laten doen, 'complete body scan included'. Sommige ziekenhuizen bieden cadeau-coupons voor mensen die elkaar een medische controle voor hun verjaardag willen geven, 'the best gift is the gift of health'. U heeft al een Senior Citizen's Master Health Check Up voor 69 dollar.
