‘Like Google Street View’: met de kwantumtechnologie van NVision kan MRI-beeldvorming aantonen dat het metabolisme verkeerd is gegaan

Een Duitse start-up die MRI-beeldvorming aanjaagt, kan levens redden doordat artsen veel sneller en nauwkeuriger kunnen zien of een kankerbehandeling werkt of niet.

De ‘hyperpolarisatie’-technologie van NVision maakt gebruik van kwantumfysica om het magnetische signaal van moleculen in het menselijk lichaam tot 100.000 keer te verbeteren met behulp van standaard MRI’s.

De techniek maakt MRI-beeldvorming mogelijk om veranderingen in cellen op metabolisch niveau te tonen, waardoor veel meer informatie wordt verstrekt dan op weefselniveau en binnen enkele dagen – niet maanden – wordt onthuld of een kankertherapie effectief is of dat een tumor zich verspreidt.

“Sommige patiënten hebben gewoon geen tijd. Eén mislukte behandeling is bijna een doodvonnis, omdat je echt niet genoeg tijd hebt om van koers te veranderen”, zei CEO Sella Brosh tegen Euronews Next.

De technologie van NVision heeft tot doel MRI-beeldvorming om te zetten in een “heel ander balspel”, zei hij.

Hoe werken MRI’s en wat doet deze technologie anders?

MRI’s gebruiken de magnetische handtekening van water om te zien waar in je lichaam je het hebt en hoe het wordt beïnvloed door de weefsels eromheen. Water in het bloed ziet er anders uit dan water in de spier of in de huid, wat resulteert in verschillende magnetische handtekeningen die een anatomisch beeld van het lichaam creëren.

We hebben zoveel water in ons lichaam dat dit signaal heel sterk is. Maar waar MRI’s ontbreken, legde Brosh uit, is het detecteren van de andere kleine moleculen in ons lichaam, ook wel metabolieten genoemd.

“Metabolisme is leven, het is hoe we overleven, en het is hoe tumoren en kankers overleven en groeien, met behulp van energie,” legde Brosh uit. “Wat we doen, is ervoor zorgen dat MRI’s op grote schaal metabole beeldvormingssystemen worden”.

In plaats van MRI-machines krachtiger of gevoeliger te maken, richt de technologie van NVision zich op het sterker en beter leesbaar maken van het signaal van deze metabolieten door bestaande machines.

De start-up koos voor een metaboliet, pyruvaat, wat in wezen een suiker is waar kankers dol op zijn. Wat NVision doet, is deze suiker nemen en de kernspins op zijn koolstofatomen manipuleren om het magnetische signaal van het molecuul 100.000 keer te versterken op een standaard MRI.

“Wat de MRI oppikt, zijn in feite deze spins bovenop atomen”, zegt Ilai Schwartz, CTO van NVision. “Het probleem met een MRI is dat de meeste spins niet in één richting zijn gericht, en dan draai je ze allemaal en ze worden mooi samen verwerkt. Je hebt sommige die omhoog gaan, sommige die omlaag zijn, en ze heffen elkaar op”.

“Wat we doen voor onze specifieke suiker, is dat we ze allemaal – of bijna allemaal – in één richting oriënteren”, legde hij uit.

Klinkt ingewikkeld? Stel je voor dat je kleine speelgoedsoldaatjes probeert te tellen die verspreid over de vloer liggen. Als ze allemaal in een nette, rechte lijn staan, is het veel gemakkelijker om ze te tellen.

Zoals Google Street View voor cellen

De MRI pikt deze signalen niet alleen makkelijker op, hij kan er ook veel meer uit lezen.

Een analogie voor die extra informatielaag is het verschil tussen het gebruik van Google Maps en Google Street View. Op de kaart is een straat slechts een lijn. Maar als je inzoomt en het verkent zoals in Google Street View, kun je zien hoe het er in het echt uitziet, wat er ordentelijk uitziet en wat niet.

Het laten verschijnen van metabolieten op MRI-beeldvorming is van vitaal belang; het stelt gezondheidswerkers in staat om bij te houden hoe het lichaam ze verwerkt en waar dingen niet werken zoals zou moeten.

Wanneer pyruvaat normale cellen binnendringt, verandert een deel ervan in lactaat, maar slechts een kleine hoeveelheid. Kankercellen maken echter veel meer lactaat aan dan normaal. Door deze overproductie van lactaat op te sporen, kunnen artsen daarom met vertrouwen een tumor lokaliseren en zien waar deze groeit.

“In realtime volg je de suiker terwijl deze de cel binnengaat en transformeert in andere metabolieten”, legt Brosh uit. “Het is een compleet nieuwe dimensie die MRI je kan bieden”.

Zie MRI als een momentopname waarop auto’s op een parkeerplaats te zien zijn. Ze staan ​​stil, dus we zien hoe ze eruit zien, maar we weten niets over hoe ze functioneren. Maar geef ze brandstof en kijk hoe ze rondrijden, en je zult dingen zien die fout gaan – welke niet op hun rijstrook blijven of welke versnellen en risico’s met zich meebrengen.

“Dat is precies wat we hier doen. We geven de cellen brandstof en kijken hoe ze die gebruiken,’ zei Brosh.

Is dit veilig?

In zijn laboratoria in Ulm, Duitsland, bereidt NVision deze “kwantumsuiker” en zuivert het zodat het veilig is voor injectie.

“Dit zijn allemaal van nature voorkomende stoffen in het lichaam, en ze worden geïnjecteerd onder normale fysiologische omstandigheden, dus het is volkomen onschadelijk”, zegt Anna Parker, NVision’s senior directeur van NMR (nucleaire magnetische resonantie) hyperpolarisatie.

Ze voegde eraan toe dat het grote voordeel van MRI is dat het onschadelijk is en dat je er zo vaak als nodig kunt doen zonder na verloop van tijd schade op te lopen, in tegenstelling tot PET-CT-scans of röntgenfoto’s die je blootstellen aan straling.

Maar het polariserende effect van de technologie van NVision duurt maar een paar minuten, dus het moet vlak voor een MRI-scan worden gedaan.

Het enige wat een gezondheidswerker hoeft te doen, is een flesje NVision’s “kwantumsuiker” in de hyperpolarisator te plaatsen. De machine gebruikt parawaterstof om de vloeistof in minder dan twee minuten op te laden, waarna het klaar is om in een patiënt te worden geïnjecteerd.

NVision zegt dat enkele van ‘s werelds toonaangevende kankeronderzoekscentra hun technologie hebben uitgeprobeerd, waaronder Memorial Sloan Kettering, MD Anderson en Mass General (Massachusetts General Hospital) in de VS, en University College London, Cambridge en ETH Zürich in Europa. De eerste systemen worden in het eerste kwartaal van 2024 aangeschaft en opgeleverd.

Tegen kanker maar ook tegen Alzheimer

General Electric heeft een rivaliserende hyperpolarisatietechniek ontwikkeld die al in gebruik is, maar waarvoor extreem lage temperaturen nodig zijn, in tegenstelling tot die van NVision, die ook compacter is.

De Duitse start-up hoopt daarom dat het snel kan opschalen om honderdduizenden patiënten zijn technologie te laten gebruiken, volgens een “Nespresso-model” waarbij het zowel de polarisatiemachine als de kits (het equivalent van de koffiepads) levert om te injecteren in elke patiënt.

Kanker is de belangrijkste toepassing waar NVision zich momenteel op richt, maar het zegt dat het kunnen volgen van het metabolisme op beeldvorming kan helpen bij het opsporen van vele andere aandoeningen, zoals hartaandoeningen, neurogeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer en zelfs reumatologie – lang voordat hun symptomen duidelijk worden .

“Wij geloven dat al deze ziekten worden voorafgegaan door een verandering in het metabolisme,” zei Brosh.

NVision onderzoekt ook manieren waarop de technologie kan helpen zien hoe nieuwe organen worden opgenomen na een transplantatie, en hoe het kan worden gebruikt als een krachtig hulpmiddel voor chemische analyse met behulp van NMR-spectroscopie. Simpel gezegd, het zou wetenschappers kunnen helpen een mix van onbekende moleculen te identificeren door hun chemische vingerafdrukken te analyseren.

“Het is de ruggengraat van veel verschillende soorten wetenschappelijk onderzoek. Dus we hopen dat we ook een geheel nieuwe methode kunnen ontwikkelen om NMR-spectroscopie en chemische analyse uit te voeren,’ zei Parker.