Zie Nieuws

Weefsel meteen in de OK supersnel afkoelen UT ontwikkelt 'snap freezer' zonder vloeibaar stikstof

Om een biopt dat, voor bijvoorbeeld kankeronderzoek, is weggenomen bij een patiënt, zo snel mogelijk af te koelen, is nu nog vloeibare stikstof nodig. En dat mag de operatiekamer niet in. Gevolg: een omslachtige procedure die onnodige vertraging geeft. Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben nu een apparaat ontwikkeld dat sneller werkt, beter is te regelen én dat veilig is voor gebruik in de operatiekamer. De onderzoekers publiceren hierover in ‘Scientific Reports’ van Nature. Het VUmc probeert de nieuwe koeler al uit.

Moleculaire geneeskunde is in opkomst, om bijvoorbeeld een kankerbehandeling beter te personaliseren: hoe kunnen we behandelingen vinden met minder bijwerkingen? Anders dan weefsel dat op kamertemperatuur wordt gehouden in het traject van biopsie naar laboratorium, moet het voor bijvoorbeeld proteomics (eiwit-analyse) zo snel mogelijk worden afgekoeld. Die snelle afkoeling heet ook wel ‘snap freezing’ en is mogelijk door de houder (vial) met het weefsel onder te dompelen in een badje van vloeibare stikstof – snel naar minus 196 graden. Vanwege de risico’s voor patiënt en medici mag dit niet in de operatiekamer. In de praktijk staat dan, direct buiten de operatiekamer, iemand in beschermende kledij klaar met stikstof: een omslachtige procedure die nog steeds vertraging geeft die het resultaat kan beïnvloeden. De apparatuur die de UT-onderzoekers nu hebben ontwikkeld, is eenvoudig aan te sluiten op het elektriciteitsnet en kent niet het risico van blootstelling aan koelstoffen, en is daarom direct in de operatiekamer te gebruiken. Om het sample te koelen, zijn geen handschoenen of andere voorzorgsmaatregelen nodig. Groot voordeel is ook dat het apparaat sneller kan koelen dan vloeibare stikstof - binnen 10 seconden naar min 173 graden Celsius - en dat bovendien de snelheid van afkoeling instelbaar is.

Niet onnodig groot

Het is de kunst om het compact te maken, aldus onderzoeker dr. Srinivas Vanapalli. Er zijn verschillende ‘cryocoolers’ op de markt, maar op een zeer kostbaar apparaat, met een omvang van een kubieke meter, zit een ziekenhuis niet te wachten: dat zijn de afmetingen die je zonder speciaal ontwerp nodig zou hebben voor de gewenste koelcapaciteit.

Schematische opbouw van het koelapparaat, met bovenin het punt waarop het bio-sample wordt ingeschoven, de koperen koudebuffer, crycooler en gastoevoer.

Het nu gepresenteerde ontwerp bestaat daarom uit een heel compacte cryocooler, een buffer van koper die de kou vasthoudt (thermal energy storage unit) en een heliumgas-systeem dat fungeert als warmtewisselaar. Tussen de houder met het biopt (‘vial’ in het Engels) en het koperen blok zit een tussenruimte waardoor gas stroomt. Behalve het rechtstreekse koeleffect, verwachtten de onderzoekers ook koeling door stromend gas te zien – zoals we een lagere 'gevoelstemperatuur' ervaren als het waait. Verrassend genoeg treedt dit effect echter niet op. Behalve tot de ontwikkeling van een nieuwe koeler, heeft het onderzoek daarmee ook geleid tot nieuwe fysische inzichten in de stroming van gassen.

Tumoren doden

Het VUmc test de koeler inmiddels, nu nog in de polikliniek omdat voor de operatiekamer een traject van certificering nodig is. Vanapalli en zijn team ontwikkelen ook apparatuur voor transport van weefsel over grotere afstanden. Behalve voor de diagnose, kunnen de lage temperaturen ook kansrijk zijn in het zeer gericht doden van tumorweefsel. Ook naar deze cryobehandeling wordt onderzoek gedaan, in samenwerking met medici.

Het onderzoek is gedaan in de groep Energy, Materials, Systems van prof. Marcel ter Brake. Deze groep doet veel onderzoek naar supergeleiding - bijvoorbeeld voor de deeltjesversneller van CERN en de kernfusiereactor ITER - en cryogene technieken, en heeft daardoor veel kennis in huis van koeltechniek. Het ontwikkelen van geavanceerde koelers is een specialisatie op zichzelf geworden.

Het onderzoek is mogelijk gemaakt door NWO - Toegepaste en Technische Wetenschappen, voorheen Technologiestichting STW. Het project heet CryoON-Cryogenics meets Oncology.

Het paper Cooling of a vial in a snapfreezing device without using sacrificial cryogens’, door Michiel van Limbeek, Sahil Jagga, Harry Holland, Koen Ledeboer, Marcel ter Brake en Srinivas Vanapalli, verschijnt in Scientific Reports van Nature. 

ir. W.R. van der Veen (Wiebe)
Persvoorlichter (aanwezig ma-vr)