State-of-the-art-microscopen, baanbrekende analysetechnieken en een onderzoeksgroep van immunologen, celbiologen, informatici, biotechnici en een wetenschappelijk schrijver. Dat zijn de ingrediënten van de imaging-faciliteit aan het recent opgerichte Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie.

Met behulp van 3D-brillen gaf onderzoeker Frank Bos zijn toehoorders op de beurs Labtechnology eind 2019 een verbluffend gedetailleerd kijkje in de wereld van de kankercel. ‘Ja, we maken mooie plaatjes, en die doen het goed bij voorlichtingsdoeleinden, maar ons onderzoek gaat natuurlijk veel verder dan dat’, haast Bos zich te zeggen als we hem een paar maanden later spreken in het lab in het Prinses Máxima Centrum in Utrecht (zie kader). ‘Het is een tool om inzicht te krijgen in de processen in de cel; van een ontspoorde kankercel tot een zich ontwikkelend organoïde.’

Bos wijst op een aantal workstations in de hoek van het lab. ‘De plaatjes die we maken met de microscopen en camera’s moeten we ook nog combineren tot zinvolle informatie’, legt Bos uit. ‘We hebben bijvoorbeeld apparatuur voor time lapse single-cell resolution-opnames, en dan willen we weten hoe zo’n enkele cel driedimensionaal migreert in levend weefsel. Dat betekent veel rekenen, en heel goede hardware om dat te kunnen doen.’ De workstations doen vrijwel continu complexe berekeningen met behulp van high-end-videokaarten.

De imaging-faciliteit vormt een ondersteunende dienst voor het hele Prinses Máxima Centrum. Nauw verweven met de faciliteit is de onderzoeksgroep van Anne Rios – tevens hoofd van de imaging- faciliteit – die met behulp van de state-of-the-art beeldvormende technieken onderzoek doet naar kinderkanker. De onderzoeksgroep van Rios werkt daarnaast nauw samen met verschillende groepen binnen en buiten het Prinses Máxima Centrum.

Samenwerkingen

Belangrijk is de samenwerking met de onderzoeksgroep van Hans Clevers in het nabijgelegen Hubrecht Instituut. Daar is veel expertise op het gebied van organoïden, de kweekbare mini-orgaantjes die een levend modelsysteem vormen. Die organoïden zijn ideaal om met 3D-imagingtechn­ologieën in beeld te brengen vanwege hun driedimensionale structuur.

De samenwerking met Clevers leidde de afgelopen twee jaar tot publicaties in onder meer Nature Methods (over imaging in levende organoïden) en Nature Protocols (over hogeresolutie-3D-imaging). Bos: ‘Maar dat is slechts één voorbeeld van de vele samenwerkingen en de types weefsels en tumoren die we met de imagingtechnologie onderzoeken. Zo hebben we onlangs nog gepubliceerd over het combineren van verschillende imagingtechnieken om het verloop van borstkanker in kaart te brengen.’

Hoewel Bos – sinds een paar jaar terug uit San Francisco na een vijfjarig postdoctoraal onderzoek rond imaging van bloedontwikkeling in embryo’s – zich vooral concentreert op het beheer en de techniek van de microscopen en de voorlichting, betekent dat niet dat hij zelf geen onderzoek meer doet. ‘Maar de aanvankelijk bedachte verdeling 50/50 tussen de imagingapparatuur managen en zelf onderzoek doen, is nu eerder 70/30’, zegt hij met een lach.

Veel van Bos’ tijd gaat zitten in trainingen, ondersteuning en voorlichting. ‘Ik vind het heel leuk om seminars te geven, of op scholen te vertellen over kanker en microscopie, maar ook om mensen te trainen en met hun onderzoek verder te helpen. Ik zeg misschien wel iets te vaak ‘ja’, want ik vind zelf onderzoek doen te boeiend om helemaal af te zweren.’

Wordt hij niet afgerekend op de weinige tijd die hij aan zijn eigen onderzoek kan besteden? ‘Nee, het is binnen onze groep heel duidelijk en iedereen accepteert dat onderzoek doen voor mij op dit moment op een iets lager pitje staat. Bovendien is deze functie gegroeid naar een bijna fulltimebaan; dat was het niet toen we begonnen met twee microscopen.’ Bos voegt daaraan toe dat Rios hierbij een belangrijke rol speelt: ‘Anne heeft echt het beste met iedereen voor en is genereus als het gaat om anderen laten delen in successen van de groep en het erkennen van bijdragen.’

Rios is een energieke Française die zichzelf ‘fond of imaging’ noemt. Ze timmerde tot 2017 in Australië aan de weg met innovatieve benaderingen van 3D-imaging van borsttumorprogressie en was daarmee de ideale kandidaat om de imaging-groep in het Prinses Máxima Centrum op te zetten. Ze vertelt hoe ze in 2017 begon met twee personen en drie jaar later is gegroeid naar zeventien vaste medewerkers en gemiddeld vier masterstudenten die in de groep roteren. Vooral aan dat laatste hecht ze sterk. ‘Ik vind het enorm belangrijk te investeren in de toekomstige generatie wetenschappers.’

Vier onderzoekslijnen

Inmiddels lopen er vier verschillende onderzoekslijnen, waarin de groep steeds ontwikkelingsbiologie met kinderkanker combineert. ‘Daar zit namelijk veel overlap in’, legt Rios uit. ‘De meeste tumoren bij kinderen kun je herleiden tot een verstoorde ontwikkeling, soms al in een embryonaal stadium.’ De onderzoekslijnen draaien om nierkanker, diffuus intrinsiek ponsglioom (DIPG, een agressieve hersentumor waarvoor geen behandeling is), neuroblastomen (samen met de afdeling chirurgie) en immuuntherapie in onder meer borstkanker. De gemene deler is uiteraard het gebruik van imagingtechnieken. De ene keer breng je in beeld hoe de invasiviteit verloopt, de andere keer hoe een orgaan zich ontwikkelt en waarin dat verschilt met een groeiende tumor van dat orgaan, en in weer een ander geval hoe effectief een bepaalde therapie is.

‘We gebruiken voor onze projecten drie verschillende imagingmethodes, die allemaal in drie dimensies zijn. Dat is ons handelsmerk, zou je kunnen zeggen’, zegt Rios. Ze noemt LSR-3D voor gefixeerd weefsel, LC-Live voor levende cellen in vitro, en SR-3D intravital voor levende cellen in vivo; technieken die haar groep ofwel zelf ontwikkelde ofwel verbeterde. Met een spectaculair filmpje van LC-Live – large content live imaging, een techniek die senior postdoc Florijn Dekkers opzette, laat ze zien hoe individuele, genetisch gemodificeerde T-cellen in een tumororganoïde cellen herkennen, aanvallen en vernietigen. ‘Het is in feite een assay om de effectiviteit van immuuntherapie te testen en het aanvalsmechanisme vast te stellen’, vertelt Rios.

Bos merkt op dat er momenteel veel mensen werken aan immuuntherapie, omdat daar zulke spectaculaire vooruitgang wordt geboekt, en dat er veel mensen werken aan organoïdes, omdat het zulke goede modelsystemen blijken te zijn. De combinatie met imaging levert enorm krachtige resultaten op, meent hij. Triviaal is het echter niet: ‘Imaging van organoïdes is al moeilijk, zeker in combinatie met live dyes – specifieke kleurstoffen voor levend materiaal – en T-cellen die tumorcellen kunnen opruimen.

Zelf programmeren

En dan is er nog de analyse: visualiseren is pas stap één, uitzoeken wat je ziet en wat dat betekent is stap twee.’ Bos vertelt dat een senior postdoc gespecialiseerd in bio-informatica, Maria Alieva, zo’n twee jaar alleen maar bezig is geweest bewegingen en gedrag van individuele cellen in de opnames te analyseren en te vertalen naar bruikbaar beeld en nieuwe inzichten. ‘Aanvankelijk met commercieel verkrijgbare software, maar inmiddels programmeert zij zelf omdat het simpelweg te ingewikkeld is; de software kan niet wat wij willen.’

Die behoefte aan een ‘bio-scientist with a coding passion’, zoals Rios haar noemt, onderstreept de diversiteit aan expertises die nodig is voor haar onderzoeksgroep. ‘We hebben zelfs twee crazy people, aio’s Maj-Britt Buchholz and Nils Beßler, die alles in 3D printen wat we kunnen bedenken’, zegt Rios. ‘Hun hoofdproject is bioprinting, het printen van 3D-structuren met levend materiaal om organen na te bootsen. Maar als zijproject, waar ik zelf heel enthousiast over ben, proberen ze manieren te vinden om met 3D-printen het plasticgebruik op het lab terug te dringen.’

Rios wijst ook nog op de wetenschappelijk schrijver, Ellen Wehrens, in wie ze heeft geïnvesteerd; het bleek een gouden zet te zijn voor haar als startende onderzoeker om zich effectief te profileren en subsidies los te krijgen. Inmiddels is Wehrens’ takenpakket uitgebreid naar publicaties, scripties en proefschriften begeleiden, en houdt ze bij wat er speelt op het gebied van subsidies en prijzen.

Ze schrijft ook haar eigen master­pieces, zoals Rios ze noemt, bijvoorbeeld op dit moment over het streven naar een blije en dus productieve werkomgeving, waaraan de groep veel aandacht schenkt. Bos: ‘Het is vrij uniek en zelfs andere groepen komen wel eens om haar hulp vragen, waarbij ik denk: investeer dan zelf in zo iemand! Dat je er een fulltimebaan aan kunt hebben, onderstreept hoe belangrijk zo iemand kan zijn voor een onderzoeksgroep.’

Werkpaarden

De verschillende microscopen staan verspreid over twee locaties, twee ervan op het Hubrecht Instituut. De werkpaarden van de faciliteit zijn de confocal-microscopen van Leica en Zeiss, waarmee de onderzoekers een intensieve samenwerking onderhouden. Het paradepaardje is de Zeiss LSM880 – linear/spectral unmixing – en die zetten ze dan ook het meest intensief in.

Bos: ‘Voor de grote datasets met acht verschillende kleuren in één sample in plaats van de vier standaardkleuren, gebruiken we in feite één detector van die microscoop. Daardoor moet je daarna acht verschillende patronen terugrekenen uit je signaal. Aio Ravian van Ineveld ontwikkelde die techniek en genereert er de meest spectaculaire afbeeldingen mee. Het betekent een hoge snelheid, veel data, in een korte tijd. Er zijn niet veel systemen die dat kunnen, maar dat hebben we dankzij Ravian echt goed onder de knie gekregen.’

Als het bezoek ten einde is, loopt Bos mee naar de uitgang. Ik wijs op de bijzondere mix van een kleurige en vrolijke aankleding van het gebouw, de drukbezette kinderspeelhoeken en de overduidelijk ernstig zieke kinderen die er spelen en af en toe stil toekijken, en vraag hem of hij dat niet moeilijk vindt. ‘Integendeel’, zegt hij. ‘Ik loop hier elke dag expres langs om me eraan te helpen herinneren waarom we dit doen.’