Onderzoekers gebruiken 3-D beelden om diagnose spierziekten te verbeteren

28 november 2018, University of Erlangen-Nuremberg – Vertaling: Redactie Spierziekten Vlaanderen vzw – Lees meer op : phys.org

Skeletal-muscle-tissue.-Credit-University-of-Michigan-Medical-School-1024x472 Onderzoekers gebruiken 3-D beelden om diagnose spierziekten te verbeteren

FOTO – Skeletspierweefsel – Copyright University of Michigan Medical School

Biotechnologen van Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben een systeem ontwikkeld om spierzwakte, veroorzaakt door structurele veranderingen in het spierweefsel, nauwkeurig te meten. De nieuwe methode laat toe om de spierfunctie te beoordelen op basis van beelden zonder gebruik te maken van gesofisticeerde biomechanische registraties en kan in de toekomst een biopsie overbodig maken voor het diagnosticeren van myopathie. De resultaten werden gepubliceerd in het vermaarde blad “Light: Science and Applications”.

De spier is een goed geordend en hiërarchisch gestructureerd orgaan. Dit weerspiegelt zich niet enkel in de parallelle bundeling van spiervezels, maar ook in de structuur van individuele cellen. Spiervezels verantwoordelijk voor samentrekking, bestaan uit honderden identiek gestructureerde cellen, de ene na de andere met elkaar verbonden. Deze geordende structuur bepaalt de aangewende kracht en spiersterkte. Ontstekings- of degeneratieve ziektes of kanker kunnen leiden tot een chronische herstructurering van deze architectuur, wat littekenweefsel, stijfheid of vertakking in spiervezels kan veroorzaken en kan resulteren in een dramatische vermindering van de spierfunctie. Hoewel zulke veranderingen in de spiermorfologie al kunnen opgespoord worden door een non-invasieve multifoton microscoop, is het nog steeds niet mogelijk om de spierkracht nauwkeurig te bepalen, enkel op basis van beelden.

Nieuw systeem brengt structuur en kracht in verband
Onderzoekers van de leerstoel van medische biotechnologie hebben nu een systeem ontwikkeld dat het mogelijk maakt om spierzwakte, veroorzaakt door structurele veranderingen, samen met de optisch waarneembare spierarchitectuur te meten. “We hebben een systeem, gebaseerd op geminiaturiseerde biomechatronica, geïntegreerd in een multifoton microscoop, dat ons toelaat om zowel de kracht en elasticiteit van individuele spiervezels alsook structurele abnormaliteiten onmiddellijk vast te stellen,” zegt prof. Dr. Oliver Friedrich. Om te bewijzen dat de spier het vermogen heeft om samen te trekken, hebben de onderzoekers de spiercellen in een oplossing van verhoogde concentraties van vrije calciumionen gedompeld. Calcium is ook verantwoordelijk voor het triggeren van spiercontracties bij zowel mensen als dieren. De visco-elasticiteit van de vezels werd ook gemeten door hen beetje bij beetje op te spannen. Een uiterst gevoelige sensor registreerde de mechanische weerbaarheid van de spiervezels, vastgehecht aan de apparatuur.

Gegevensbank voor vereenvoudigde diagnose
De technologie, ontwikkeld door onderzoekers van FAU, is slechts een eerste stap om spieraandoeningen in de toekomst makkelijker te kunnen diagnosticeren. “Door zowel de isometrische kracht en de passieve visco-elasticiteit te meten alsook de morfologie van spiercellen visueel te bekijken, is het voor het eerst mogelijk om onmiddellijk stuctuur-functie “dataparen” te verkrijgen”, zei Oliver Friedrich. “Dit maakt het ons mogelijk om een significante lineaire correlatie, tussen de structuur en de spierfunctie op single-cell niveau, vast te stellen.” De gegevensbank zal in de toekomst gebruikt worden om de kracht en biomechanische prestatie in skeletspieren betrouwbaar te voorspellen door enkel gebruik te maken van optische apparatuur gebaseerd op SHG-beelden (wat initieel staat voor Second Harmonic Generation en refereert naar beelden die verkregen worden door lasers op tweede harmonische trillingsfrequentie), zonder het gebruik van complexe sterktemetingen. Tot op heden worden spiercellen nog steeds verwijderd uit het lichaam alvorens ze onderzocht kunnen worden met een multifoton microscoop. Het is echter mogelijk dat dit in de toekomst overbodig is, als de nodige technologie verder geminiaturiseerd kan worden en het mogelijk wordt om de spierfunctie te onderzoeken door, bijvoorbeeld, het gebruik van een micro-endoscoop.