Bloed- en urineonderzoek, röntgenfoto’s, echo’s, MRI-scans… de mogelijkheden om op aandoeningen te screenen zijn legio. Maar ze zijn doorgaans wel tijdrovend en kostbaar. En om die reden worden ze pas ingezet nadat een patiënt zich met klachten bij z’n arts heeft gemeld. ‘Helaas kan het dan al te laat zijn. Sommige kankersoorten, zoals long- en alvleesklierkanker, verkeren vaak al in een vergevorderd stadium als de eerste symptomen zich voordoen. Met alle gevolgen van dien.’
Hoe mooi zou het volgens professor Guus Rijnders, wetenschappelijk directeur van het MESA+instituut voor nanotechnologie, dan ook niet zijn als er een gemakkelijk te bedienen, betaalbaar apparaatje zou bestaan, waar je alleen maar even op hoeft te blazen om te zien of er al dan niet sprake is van een ernstige aandoening. Op dit moment is dat nog toekomstmuziek, maar lang hoeft het volgens de UT-hoogleraar nano-elektronische materialen niet meer te duren voor we onszelf, gewoon thuis op de bank, kunnen testen op ziekten als longkanker of astma. Simpel door een ademtest te doen met behulp van een sensor die bijvoorbeeld is ingebouwd in een smartphone. ‘Net zo simpel als dat we nu een zwangerschapstest uitvoeren.’
Een dergelijke thuistest mag misschien nog even op zich laten wachten, een testapparaatje bij de huisarts kan over een jaar of vijf al realiteit zijn, schat Rijnders in. Niet alleen bij MESA+, maar op tal van plaatsen in de wereld wordt namelijk hard gewerkt aan zo’n ademtest. ‘In sommige laboratoria wordt er ook al mee gewerkt’, laat hij weten. ‘Al kunnen de bestaande testen alleen nog maar aangeven dát er sprake is van een longziekte. Welke dat is valt daarmee nog niet te onderkennen. En het maakt natuurlijk wel verschil of het om astma gaat of om longkanker.’
Biomarkers in adem
Waar het bij zo’n ademtest in principe op neerkomt, legt Rijnders uit, is dat geur wordt omgezet in diagnostische informatie. ‘Hoewel…. we spreken wel van geur, maar waar het eigenlijk om gaat zijn moleculen in uitgeademde lucht. In alles wat de mens afscheidt, of dit nu zweet is, urine of adem, bevinden zich verschillende moleculen. In geval van ziekte komen daar moleculen bij die specifiek zijn voor die ziekte, de zogenaamde indicatoren of biomarkers. Wat we nu willen is een apparaatje bouwen dat uitgeademde biomarkers detecteert en vervolgens een diagnose geeft.
Inmiddels hebben ze bij MESA+ kunnen aantonen dat met behulp van nanotechnologie zo’n e-Nose kan functioneren. ‘Het gaat in wezen om een vrij simpel apparaatje’, vertelt de hoogleraar. ‘Het bestaat uit een serie minuscule sensoren van niet meer dan 10 micrometer lengte, bedekt met een moleculaire kleefstof, die d.m.v. piezomaterialen in trilling worden gebracht. Elk van de sensoren is zo geprepareerd dat deze specifieke moleculen ‘vangt’. Hoe meer biomarkers zich aan de daarvoor bestemde sensor hechten, hoe zwaarder deze sensor wordt en hoe afwijkender de trillingsfrequentie ervan. Door deze trillingsfrequentie te meten kan worden berekend of er al dan niet sprake is van de aandoening waar de bewuste biomarker op duidt.’
Urinetest toont kanker aan
In een breed consortium met onder anderen professor Albert van den Berg en dr. Loes Segerink wordt bij MESA+ momenteel ook gewerkt aan een nieuw type urinetest. Hiermee kan in een vroegtijdig stadium kanker worden vastgesteld. Door middel van deze nieuwe technologie kan in urine hyper-gemethyleerd DNA worden opgespoord. Gemethyleerd DNA wordt beschouwd als een belangrijke indicatie voor bepaalde ziekten, zoals kanker.
Het principe van deze urinetest verschilt volgens professor Rijnders niet veel van dat van de e-Nose: ‘Ook hierbij gaat het om het detecteren van biomarkers.’ Als de technologie is uitontwikkeld zal de urinetest even nauwkeurig een diagnose kunnen stellen als de e-Nose, verwacht hij. ‘Mocht er sprake zijn van kanker, dan kan de test aan de hand van het gedetecteerde gemethyliseerde DNA-fragment zelfs vaststellen waar de ziekte zich in het lichaam bevindt.’
Geen sinecure
Moet alleen nog wel even worden vastgesteld welke moleculen als biomarker voor de afzonderlijke ziekten kunnen worden aangemerkt. En dat is bepaald geen sinecure. Maar MESA+ kan daarvoor rekenen op de steun van ziekenhuis MST in Enschede en het AMC in Amsterdam, die behalve medische kennis ook de benodigde ademluchtmonsters van patiënten leveren. Ondertussen wordt er op de campus, in samenwerking met onder meer Philips en het Fraunhofer Project Center, ingezet op de ontwikkeling van een demonstratieapparaat.
‘Het is een project van de lange adem’, constateert Rijnders met een kwinkslag. Maar hij is ervan overtuigd dat zijn droom -‘mijn expertise op het gebied van nano-elektronische materialen inzetten om mensen beter te maken of te voorkomen dat mensen ernstig ziek worden’- met de e-Nose gaat uitkomen. En meer dan dat, want zo’n hypergevoelige elektronische neus kan meer dan alleen in een vroegtijdig stadium ziekten diagnosticeren. ‘Het kan bijvoorbeeld ook tijdens de behandeling al aangeven of een bepaalde therapie aanslaat of niet. En er kunnen goedkoop en snel preventieve onderzoeken onder risicogroepen mee worden uigevoerd.’
Smeulend plastic
Bovendien zijn er legio andere toepassingsmogelijkheden denkbaar. ‘Wat dacht je bijvoorbeeld van brandbeveiliging. Zo’n e-Nose kan zelfs al voor er rook ontstaat de geur van bijvoorbeeld smeulend plastic detecteren. Maar ook de geur van vuurwerk dat voetbalsupporters een stadion binnensmokkelen.’
Als er de komende jaren voldoende financiële middelen voorhanden blijven –‘We zijn voor dit project afhankelijk van onder meer sponsoring’- liggen er tal van laagdrempelige toepassingen in het verschiet. Rijnders is ervan overtuigd dat de UT erin gaat slagen de e-Nose daarvoor te ontwikkelen. ‘Over een jaar of vijf, zes zullen de eerste ademtesten waarschijnlijk wel voorhanden zijn. Als een van de weinigen op de wereld hebben wij namelijk zowel de expertise als de technologie in huis om zo’n fijngevoelig apparaat te bouwen.’
You can find the English version of the story in our Science & Technology magazine.
