Vinden we in de ruimte een remedie tegen kanker?

De ruimte is wellicht het laatste waar wetenschappers aan denken terwijl ze opzoek gaan naar nieuwe kennis over kankercellen. Toch werpt onderzoek op een hoogte van 400 km al veertig jaar zijn vruchten af. De ruimte biedt immers fysieke omstandigheden die niet voorkomen op aarde, en zo blijkt zijn deze ideaal voor het bestuderen van kankercellen.

Verbeterd onderzoek

Cellen in het menselijk lichaam groeien normaal gezien in een draagconstructie van proteïnen en koolhydraten, op die manier behouden organen en tumoren hun driedimensionale vorm. In een labo hier op aarde krijgen gekweekte cellen onder de invloed van zwaartekracht echter een platte vorm. Omdat dit niet de vorm is die ze normaal aannemen in het lichaam, hebben wetenschappers problemen om op een correcte manier onderzoek te doen naar genetische eigenschappen die de celgroei en -ontwikkeling beïnvloeden. 

Daarom hebben wetenschappers verschillende methoden ontwikkeld om normaal cellulair gedrag op aarde na te bootsen, maar geen enkele bootst exact de lichamelijke context na. In de ruimte echter groeien cellen buiten het lichaam, in vitro cellen genaamd, echter wel in driedimensionale groeperingen of aggregaten. Hierdoor gaan ze sterker lijken op de cellen die zich in het lichaam bevinden. Cellen in gewichtloosheid gaan ook makkelijker samenklonteren en ondervinden minder last van schuifspanning, een soort van turbulentie die het gedrag van de cellen kan beïnvloeden. Al deze factoren helpen wetenschappers om het gedrag van een cel, en hoe veranderingen daarvan kunnen leiden tot kanker, in lichaamsgetrouwe omstandigheden te bestuderen.

Met behulp van de ruimtelabo's hebben onderzoekers hier op aarde een methode ontwikkeld om cellen te kweken met dezelfde driedimensionale structuur als in de ruimte. Ze maken hiervoor gebruik van een speciaal ontwikkelde collageengel.

Links: Meerdere driedimensionale kankercellen in gewichtsloze omstandigheden.  Rechts: Geautomatiseerd experiment voor het kweken van kankercellen. (NASA)

Nieuwe behandelingen

Borstkanker

Technologie ontwikkeld voor het ISS vindt steeds vaker zijn weg naar commerciële doeleinden hier op aarde en zo ook naar de medische sector. Borstkanker is de meest voorkomende kanker bij vrouwen in België en leidt vaak tot pijnlijke operaties, behandelingen en zelfs de dood. Een team van onderzoekers in Canada is erin geslaagd de robot IGAR te ontwikkelen, bestemd voor de vroege diagnose en behandeling van borstkanker.

De Image Guided Autonome Robot (IGAR) werd ontwikkeld vanuit de ervaring van de Canadese autonome robotarmen Canadarm, Canadarm2 en Dextre die bevestigd zijn aan het Internationaal Ruimtestation (ISS). Dankzij de grote precisie van de robot kunnen artsen een nauwkeurige biopsie uitvoeren en vroege tumoren behandelen zonder ingrijpende operaties te moeten uitvoeren.

De robot wordt momenteel klinisch getest en is één van de eerste robots die eveneens gebruikt kan worden onder een MRI scanner. Hierdoor krijgen artsen een veel accurater beeld van tumoren dan met een mammogram of ultrasone scan. In de toekomst zal de robot ook ingezet worden bij de opsporing van long, lever, nier en prostaatkanker en zou misschien zelfs ingezet kunnen worden bij delicate rugoperaties.

IGAR is volledig geautomatiseerd en verkleind drastisch de manuele tussenkomst van de chirurg. Met behulp van speciaal ontworpen software selecteert een specialist het weg te nemen weefsel (biopsie) tot op 1 mm nauwkeurig, waarop de robot volautomatisch het weefsel verwijderd. Bij het gebruik van de robot zal voortaan elke radioloog ter wereld en op welk tijdstip dan ook met dezelfde nauwkeurigheid de behandeling kunnen uitvoeren. Eens de robot geprogrammeerd is, hoeft de radioloog zelfs niet meer aanwezig te zijn! Enkel een arts met algemene kennis voldoet om erop toe te zien dat de patiënt zo comfortabel mogelijk ligt en dat er geen complicaties optreden. Bovendien kan de robot sneller werken en meer patiënten per dag behandelen waardoor de kostprijs van de behandeling naar beneden gaat en de kanker sneller opgespoord kan worden. Als kers op de taart is IGAR zo compact dat het op een standaard ziekenhuisbed past, waardoor die in elke MRI-scanner gebruikt kan worden zonder omslachtige of kostelijke aanpassingen.

Bekijk hier het Youtube-filmpje van de robot in werking. (Engelstalig)

Dr. Mehran Anvari, CEO van het Centrum voor Chirurgische Uitvindingen en Innovatie, poseert naast IGAR. (Hamilton Spectator)

Toediening van medicatie

De behandeling van kanker is een noodzakelijk kwaad en vergt veel van een patiënt. Vaak zijn er ernstige bijwerkingen mee gemoeid zoals misselijkheid, haaruitval, orgaanfalen en wordt het immuunsysteem door de medicatie onderdrukt. Een behandeling gerichter op de kankercellen zou de levenskwaliteit van de patiënt dan ook sterk verhogen. Wetenschappers aan boord van het ISS slaagden erin door middel van een reeks experimenteren een nieuwe methode te ontwikkelen om de medicatie gerichter toe te dienen.

De methode die micro-inkapseling heet, stelt de onderzoekers in staat om zeer gericht kleine hoeveelheden medicijnen toe te dienen via biologisch afbreekbare micro-ballonnen. Ze worden toegediend met speciale naalden rechtstreeks in het tumorweefsel van de patiënt. De eerdere experimenten in het ruimtestation waren noodzakelijk, omdat er nog geen techniek bestond die de vloeistoffen met verschillende dichtheden gescheiden zou kunnen houden in een bolvorm. In de ruimte gebeurt dit onder invloed van gewichtloosheid immers automatisch. Door dit fenomeen in de ruimte te bestuderen zijn wetenschappers erin geslaagd een methode te ontwikkelen om de techniek toe te passen op aarde en zal in de toekomst de behandeling van onder meer prostaat-, long- en borstkanker sterk verbeteren.

Dr. Dennis Morrison poseert trots met het medisch experiment om micro-inkapseling te testen aan boord van het ISS. (NASA)