Danske forskere bag nye billeder af kræft

Ved at kombinere to forskellige scanningsteknologier er det lykkedes forskere at skabe helt nye, detaljerede billeder af kræftknuder hos mus. Det kan på sigt bane vej for udvikling af mere effektiv medicin.

11.10.2016 | Kim Harel

Jens Vinge Nygaard er specialiseret inden for klassisk mekanik. Ved hjælp af matematiske modeller kan han forudsige en kræftknudes udvikling. (Foto: Lise Balsby)

På billedet ses en kræftknude placeret på en musepote. Den indeholder mere end 15.000 forgreninger af blodkar. Farverne viser blodkarrenes diametre.(Laboratoriefoto Jens Vinge Nygaard)

Et dansk forskerhold står bag en ny metode til at undersøge, hvordan et sporstof fordeles i en kræftknude igennem dens meget store netværk af blodkar.

Metoden kan for eksempel bruges til at nærstudere effekten af medicinsk behandling med kræfthæmmere.

Ved hjælp af matematisk modellering har forskerne kombineret to allerede kendte scanningsteknologier - Magnetic Resonance Imaging (MRI) og Computed Tomography (CT) og anvendt disse til at undersøge kræftknuder hos forsøgsdyr i laboratoriet

Resultatet er helt nye billeder i meget høj opløsning, som giver en detaljeret kortlægning af kræftknudens forgreninger af blodkar:

“Vi kan så at sige lægge to billeder af samme kræftknude oven på hinanden, så vi får en mere geometrisk kompleks forståelse af den enkelte knudes blodkar og dermed mulighed for at undersøge, hvordan medicin fordeler sig med meget stor præcision,” siger Jens Vinge Nygaard, lektor ved Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet.

Han står bag det matematiske modelleringsarbejde til billeddannelsen og forventer, at metoden på sigt kan bruges til at udvikle ny medicin og optimere doseringen til den enkelte patient.

15.000 blodkar under lup
Et billede fra en MRI-scanning kan vise, hvordan et sporstof som kræfthæmmende medicin fordeler sig inde i kræftknuden, men kun i en forholdsvis grov opløsning.

Et billede fra en såkaldt mikro CT-scanner kan derimod vise et omfattende net af blodkar i kræftknuden i meget høj opløsning, men det kan ikke identificere, hvordan medicinen transporteres lokalt.

Kombinationen af de to teknologier til billeddannelse giver dermed markant forbedrede scanningsbilleder af kræft og kan få betydning for udvikling af ny medicin:

“De nye billeder giver os mulighed for at følge, hvordan et sporstof vandrer ud gennem kræftknudernes blodkar og ind i det omkringliggende væv til kræftcellerne. Som forskere er vi interesserede i at kortlægge blodkarrenes størrelse og forgrening og forstå, hvad der foregår mellem blodkarrene over tid. Det kan give os en mere detaljeret indsigt i specifikke behandlingsbehov,” siger Thomas Rea Wittenborn, som forsker i kræft ved afdeling for Eksperimentel Klinisk Onkologi under Institut for Klinisk Medicin ved Aarhus Universitetshospital.

De undersøgte kræftknuder måler cirka 200-300 kubikmillimeter og indeholder typisk 15.000-20.000 forgreninger af blodkar.

Computermodeller erstatter forsøgsdyr
Forskerne har fulgt i alt 10 mus med kræftknuder på poterne, og ved hjælp af de to scanningsteknologier har de udviklet en computermodel for hver af disse.

Modellerne udgør i princippet fundamentet for en helt unik forsøgsplatform:

“Med computermodellerne har vi så at sige skabt en virtuel forsøgsplatform og kan dermed udvide vores eksperimenter betragteligt, fordi vi er uafhængige af forsøgsdyr. I praksis kan vi foran computerskærmen undersøge, hvad der sker med tumoren, hvis vi for eksempel anvender medicin, der opholder sig i længere eller kortere tid i vævet eller er tilpasset små eller store blodkar,” siger Jens Vinge Nygaard.

I den kommende tid skal forskerne udvide deres forsøg med flere mus og følge kræftknuderne over tid. Det vil give dem mulighed for at udvikle computermodeller, der ikke alene kan beskrive medicinfordelingen på et statisk tidspunkt i kræftforløbet, men også generere præcise vækstscenarier for kræftknuderne:

“Med den nye metode til billeddannelse bliver vi rent matematisk i stand til at forudsige en knudes udvikling ved forskellige medicineringsstrategier ” siger Jens Vinge Nygaard.

Resultaterne er netop blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Microvascular Research.

Læs forskningsartiklen her (kræver login)

 

YDERLIGERE INFORMATION

Bag resultaterne ligger et interdisciplinært forskningssamarbejde på tværs af en række centre og institutter ved Aarhus Universitet og Aarhus Universitetshospital: Institut for Ingeniørvidenskab, Institut for Klinisk medicin, Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO), Center of Functionally Integrative Neuroscience (CFIN) og Institut for Biomedicin.

Både MR- og CT-scanninger af musenes kræftknuder er foretaget med forskningsudstyr, som giver en meget høj billedopløsning. Herefter har forskerne brugt en klassisk computerbaseret beregningsmetode (FEM) til at bearbejde data fra de to scannere.

FEM står for Finite Element Method og er en numerisk beregningsmetode, der bruges inden for ingeniørvidenskaben i mange forskellige sammenhænge.

MRI-scanning er baseret på magnetfelter og radiobølger og kan vise forandringer i kroppens væv. CT-scanning er baseret på røntgenstråling og kan danne tredimensionelle billeder af organer og kræftknuder.

Almindelige hospitalsscannere, som i dag bruges til billeddannelse hos mennesker, har endnu ikke god nok rumlig opløsning til at opnå en tilstrækkelig god datakvalitet. Forskerne vurderer dog, at den teknologiske udvikling i løbet af få år vil gøre det muligt at overføre metoden til mennesker.

 

KONTAKT

Jens Vinge Nygaard, lektor Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet

Thomas Rea Wittenborn, postdoc, afdeling for Eksperimentel Klinisk Onkologi under Institut for Klinisk Medicin, Aarhus Universitetshospital

AU Engineering