Madame Microgolf en de zoektocht naar de kankercel

Microgolven houden niet zo van verandering. Ze verplaatsen zich het liefst over een kabel, waar ze zich helemaal thuis voelen. Wanneer ze zich moeten verplaatsen door een stukje lucht (ik hoor ze gillen van walging), of een stukje lichaam (paniek! paniek!), dan komen ze voor een hoop uitdagingen te staan. Enkel de sterkste golven geraken verder dan de kabel, en ondergaan daarbij een hoop veranderingen. De zwakkere krijgen zelfs geen toegang tot de nieuwe omgeving. Vol verdriet moeten ze dan terugkeren vanwaar ze komen, waar ik ze met veel plezier opvang, en naar hen luister als ze me vertellen waar ze allemaal zijn geweest. Zo hoop ik dat ze me zullen vertellen of ze een tumor hebben gezien of niet. Ze zijn mijn persoonlijke kankerdetectives.

In het bio-microgolf labo van de KU Leuven doen we onderzoek naar het gebruik van microgolven voor het vinden van kanker in een stukje weefsel of een staal bloed. Microgolven zijn extreem fascinerend. Deze soort onzichtbare straling snapt niemand echt helemaal. We kunnen deze kleine pakketjes energie niet voelen, noch zien, ruiken of horen. We beschrijven ze over het algemeen dan maar als ‘een soort elektromagnetische straling in een bepaald frequentiespectrum’. Maar laat ons eerlijk zijn, daar weten we eigenlijk niet veel mee.

Ik zou microgolven eerder beschrijven als onzichtbaar licht, maar dan wel onzichtbaar licht dat informatie kan dragen, en dat zich kan verplaatsen over een kabel, door de lucht, of in andere materialen. En hoewel deze straling erg nuttig is voor het opwarmen van de restjes van gisteren, rekruteren wij ze liever als speurder in ons kankeronderzoek.

Hoe gaan de detectives te werk?

Het gaat zo: wanneer microgolven van één materiaal op een ander overgezet worden, dan laat het materiaal een deel van de microgolven door, neemt het een ander deel op en weerkaatst het een laatste deel terug. Het soort materiaal bepaalt welk deel van de golven het doorlaat, opneemt, en weerkaatst.

We sturen microgolven met verschillende golflengtes door het materiaal. In ons geval is dat materiaal dan een stukje weefsel van het lichaam of een staaltje bloed. De lengte van de microgolf bepaalt wat ermee zal gebeuren. Kleine elementen in het lichaam kunnen korte golven weerkaatsen, maar laten lange golven passeren. Op basis van het aandeel lange en korte golven dat weerkaatst, kunnen we inschatten hoeveel grote en kleine elementen de microgolf onderweg tegengekomen is.

Om kanker of andere ziektes op te sporen, gaan we preciezer te werk. We weten ongeveer welke belangrijke elementen in het lichaam welke golflengtes doorlaten en weerkaatsen. Eén van die elementen is de watermolecule. Dat kunnen we goed gebruiken, want volgens onderzoek kan kankerweefsel tot 27% meer water bevatten dan gezond weefsel. Wanneer we zien dat de golflengte die weerkaatst wordt door water opeens veel meer terugkeert vanaf een stukje weefsel, dan zou dat een stukje kanker kunnen zijn.

En het gaat verder dan dat. Onderzoekers over de hele wereld proberen te vinden welke golflengte het interessantst is om kankers op te sporen. Ze vergelijken dan de weerkaatsing van een aantal golven met verschillende lengtes op een stukje gezond weefsel en een stukje kankerweefsel. Soms focussen onderzoeksgroepen zelfs specifiek op het meten van één kankercel en één gezonde cel.

Hoe krijgen we een microgolf in een proefbuisje? We plaatsen microgolven op het materiaal met behulp van golfgeleiders. Die golfgeleiders kan je vergelijken met tunnels voor microgolven. Een meer gekende vorm van zo’n golfgeleider is de coaxiale kabel. Ja, net zoals diegene die je televisie met uh, - de muur? De rest van de wereld? De VRT of de NOS? - verbindt.

In ons onderzoek gebruiken we een minder flexibele versie van die coaxiale kabel: een coaxiale probe. We houden het open einde van de kabel, die in twee geknipt is, tegen het onderzochte materiaal. Dan sturen we golven over de kabel en kijken we welk aandeel terugkomt.

Wanneer mogen de microgolfspeurders écht aan het werk?

Hoewel microgolven al sinds decennia onderzocht worden voor kankerdetectie in stukjes weefsel en proefbuisjes, zijn ze nog niet meteen klaar voor gebruik in labo’s van ziekenhuizen. Praktische sensoren worden momenteel nog ontwikkeld aan universiteiten en onderzoeksinstellingen. En ze tonen veelbelovende resultaten.

Het microgolfonderzoek bestaat niet alleen voor stalen bloed en weefsel. Ook voor een onderzoek direct op het lichaam worden microgolven gebruikt. Daar zijn de eerste praktische studies die microgolven gebruiken voor de detectie van borstkanker in patiënten al gestart. Verschillende universiteiten en onderzoekscentra uit Istanbul hebben in samenwerking hun systeem getest op 54 patiënten en konden in meer dan tachtig procent van de gevallen een juiste diagnose stellen aan het soort tumor in de borst.

Onderzoekscentra over de hele wereld proberen met studies deze technologie te onderbouwen om haar tot in ziekenhuislabs te kunnen brengen. Het onderzoek van een afgenomen staal zou beduidend sneller gebeuren, waardoor patiënten niet langer dagenlang in stress moeten wachten op het resultaat. Bovendien kunnen er door de herbruikbaarheid van de sensoren en de betaalbaarheid van de technologie, veel meer metingen gebeuren. Daardoor zouden we ook vroegtijdig kanker kunnen opsporen en behandelen, en zo de kans op overleven verhogen.

En ook kankerdetectie binnenin het lichaam zou veiliger, sneller, en goedkoper kunnen gebeuren. De microgolfstraling is bijvoorbeeld niet ioniserend, in tegenstelling tot röntgenstralen, en kan de atomen in het lichaam dus niet veranderen. We zouden de patiënt daarom vaker kunnen scannen zonder zijn/haar veiligheid in gevaar te brengen. Zo zouden we de kanker dan vroeger kunnen opsporen en behandelen.

Hebben deze microgolven je kunnen warm maken voor de nieuwe technologie? Meer informatie kan je vinden in dit artikel, dat we schreven in samenwerking met het LAAS-CNRS onderzoekscentrum verbonden aan de universiteit van Toulouse.