Een nieuwe generatie biologische karteringstechnologieën verandert radicaal de manier waarop we dodelijke ziekten begrijpen en behandelen. Onderzoekers zijn nu in staat menselijk weefsel in ongekend detail te bestuderen, defecte cellen in organen op te sporen en de moleculaire mechanismen bloot te leggen die aandoeningen veroorzaken die voorheen als ongeneeslijk werden beschouwd. Deze doorbraak, bekend als ruimtelijke multiomics, verfijnt niet alleen bestaande behandelingen; het opent deuren naar geheel nieuwe therapieën, vooral voor aandoeningen als toxische epidermale necrolyse (TEN), een ernstige huidreactie waarbij patiënten letterlijk hun buitenste laag afwerpen.
De uitdaging van complexiteit
Decennia lang heeft de geneeskunde ziekten benaderd door in te zoomen op organen, weefsels, cellen en ten slotte op de onderliggende moleculen zoals DNA en eiwitten. Deze reductionistische benadering gaat echter vaak voorbij aan cruciale details. Zelfs binnen een enkel orgaan zijn cellen niet uniform; naburige cellen kunnen zich anders gedragen, waardoor er trapsgewijze schade ontstaat die standaard laboratoriumhulpmiddelen moeilijk kunnen oplossen. Traditionele methoden ‘samenvoegen’ vaak honderden cellen voor analyse, waardoor de kritische veranderingen die op individueel niveau plaatsvinden over het hoofd worden gezien.
Deze complexiteit is vooral acuut bij kanker, waar onderzoekers al lang de ‘tumor-micro-omgeving’ begrijpen – het idee dat zelfs onder een microscoop een tumor niet uniform is. Maar standaardtools hebben moeite om die verschillen vast te stellen.
De opkomst van ruimtelijke multiomics
De sleutel tot het ontsluiten van dit verborgen detail ligt in ruimtelijke multiomics, een reeks technologieën die driedimensionale kaarten van weefsels en organen bouwen. Deze kaarten identificeren zieke cellen en profileren ze op moleculair niveau, waardoor precies wordt onthuld wat er mis is gegaan in hun biologische machinerie.
De term ‘multiomics’ verwijst naar het gelijktijdig bestuderen van meerdere biologische systemen: genen, RNA, eiwitten en meer. Ruimtelijke multiomics voegt beeldvorming met hoge resolutie toe aan deze mix, waardoor wetenschappers niet alleen welke moleculen aanwezig zijn, maar waar ze zijn en hoe ze in de ruimte met elkaar omgaan.
Eén techniek, ‘deep visual proteomics’, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen, houdt in dat weefsel in microscopische secties wordt gesneden, deze worden gekleurd om specifieke moleculen te markeren en vervolgens door AI aangedreven microscopen worden gebruikt om gedetailleerde digitale kaarten te maken. Een laserdissectiemicroscoop snijdt vervolgens gelabelde cellen één voor één uit en analyseert hun eiwitten met extreme precisie met behulp van massaspectrometrie. Het resultaat is een moleculaire kaart die de verschillen onthult tussen gezonde en abnormale cellen, patronen van disfunctie die voorheen onzichtbaar waren.
Van pancreaskanker tot TEN: toepassingen in de echte wereld
Het potentieel van ruimtelijke multiomics reikt veel verder dan theoretisch onderzoek. Studies hebben al cruciale inzichten opgeleverd in aandoeningen zoals alvleesklierkanker, waarbij onderzoekers deze technologie gebruikten om vroege tekenen van tumorontwikkeling in ogenschijnlijk normale cellen te identificeren.
De meest dramatische doorbraak is echter gekomen in de behandeling van toxische epidermale necrolyse (TEN), een zeldzame maar fatale huidaandoening waarbij het immuunsysteem de buitenste huidlaag met geweld aanvalt. Het team van dermatoloog Thierry Nordmann gebruikte ruimtelijke proteomics om te ontdekken dat de interferonroute, die normaal gesproken wordt geactiveerd door virale infecties, enorm overactief was bij TEN-patiënten, waardoor het immuunsysteem gezonde huidcellen vernietigde.
Cruciaal is dat er al medicijnen bestaan die deze route blokkeren. In een kleine proef vertoonden zeven TEN-patiënten die met deze remmers werden behandeld een opmerkelijk herstel, waarbij één patiënt binnen 16 dagen bijna al zijn verloren huid teruggroeide. Nordmann denkt dat dit binnen twee tot drie jaar de standaardbehandeling zou kunnen worden.
De toekomst van precisiegeneeskunde
Ruimtelijke multiomics is niet goedkoop; het uitvoeren van een paar honderd monsters kan miljoenen kosten. Maar ziekenhuizen, zoals de Mayo Clinic, investeren al zwaar in deze technologie, in de hoop aandoeningen zoals hartziekten en diabetes beter te begrijpen door de cellen te identificeren die het meest kwetsbaar zijn voor schade.
De implicaties zijn diepgaand: ruimtelijke multiomics verfijnt niet alleen bestaande behandelingen; het maakt de weg vrij voor een nieuw tijdperk van precisiegeneeskunde, waarin therapieën worden afgestemd op het unieke moleculaire landschap van de ziekte van elke patiënt. Het vermogen om de innerlijke werking van ons lichaam op dit niveau in kaart te brengen en te begrijpen, zal de manier waarop we levensbedreigende ziekten diagnosticeren, behandelen en uiteindelijk voorkomen, opnieuw vormgeven.
