Een behandeling met warmte kan het effect van bestraling of chemotherapie versterken. Het Erasmus MC werkte de afgelopen jaren een systeem uit om tumoren in het hoofd of de nek selectief en gecontroleerd op te warmen met rf-antennes. Spinoff Sensius wil het systeem nu naar de markt brengen.
Chirurgie, medicijnen (chemotherapie) en radiotherapie (bestraling) vormen samen het fundament voor de behandeling van kanker. Maar al sinds de jaren zeventig is bekend dat warmte ook een rol kan spelen – een ondersteunende rol welteverstaan: tumoren blijken vaak veel gevoeliger te worden voor bestraling of chemotherapie als ze tussen de sessies door ook een of twee uur worden opgewarmd tot koortstemperaturen.
Dat is interessant, want de verwarming is op zichzelf niet schadelijk voor het meeste normale weefsel. Toch wordt de aanpak slechts sporadisch toegepast. Een van de redenen daarvoor is dat het lastig is om selectief een deel van het lichaam op te warmen; dat is er juist op gemaakt om alles netjes op 37 graden te houden. En hoe verwarm je iets dat diep in het lichaam zit?
Sinds de jaren zeventig zijn er diverse aanpakken geprobeerd, onder meer radiogolven, ultrageluid, verwarmingselementen op katheters of hete vloeistof die langs organen wordt gespoeld. Maar het blijkt in de praktijk erg lastig om een gebied in het lichaam gecontroleerd en reproduceerbaar te verwarmen. Nadat er aanvankelijk veel aandacht voor was geweest, werd het daarom weer stiller rondom thermische therapie.
Diverse onderzoeksinstellingen en bedrijven bleven echter geloven in het concept, waaronder het Rotterdamse Erasmus MC. Dat resulteerde twee jaar terug in een spinoff: Sensius. Het jonge bedrijf richt zich op thermische therapie voor hoofd- en nekkanker. De prognose is daar vaak niet goed: in de helft van de gevallen keert de tumor binnen twee jaar terug. Pilotstudies laten zien dat een warmtebehandeling daar aanzienlijke verbetering in kan brengen.
Device lifecycle management for fleets of IoT devices
Microchip gives insight on device management, what exactly is it, how to implement it and how to roll over the device management during the roll out phase when the products are in the field. Read more. .
Maar ook en juist in dit gebied is het belangrijk om de warmte goed te lokaliseren en te controleren. In hoofd en nek zitten allerlei gevoelige structuren dicht opeengepakt, zoals ogen, zenuwbanen en de hersenen. En ook metaal in bijvoorbeeld tandprotheses moet worden ontweken.
‘Die pilotstudies werden vooral uitgevoerd met systemen die vanaf het huidoppervlakte verwarmen. Dat gaf al hele goede resultaten, maar met name de dieper liggende tumoren zijn lastig te bereiken’, vertelt Paul van den Biggelaar, ceo van Sensius. Als ondernemer was hij gefascineerd geraakt door thermische therapie en hij wilde daar graag iets mee doen. In 2015 kwam hij in aanraking met het Rotterdamse academische ziekenhuis, dat op dat moment vergevorderd was met een eigen systeem.
Samen met de twee hoofdonderzoekers, professor Gerard van Rhoon en Maarten Paulides, en twee businesspartners begon Van den Biggelaar te werken aan een spinoff. In 2015 kreeg de startende onderneming een exclusieve licentie op de technologie, en afgelopen maand haalde ze haar eerste investering op van drie ton bij Uniiq, het investeringsfonds van de Zuid-Hollandse universiteiten en Innovationquarter. Daarmee kan de verzelfstandiging in gang worden gezet.
Waterzak
Het Sensius-systeem is gebaseerd op verwarming met rf-golven. Antennes stralen van buitenaf energie het lichaam in en door bundelvorming toe te passen, kunnen die naar een specifieke plek worden gestuurd. Deze aanpak wordt momenteel ook al commercieel ingezet voor behandeling van tumoren in het bekkengebied. ‘Maar het zou levensgevaarlijk zijn om die systemen voor het hoofd- en halsgebied in te zetten’, vertelt Van den Biggelaar. ‘Er wordt voor het bekkengebied straling gebruikt met een relatief lage frequentie, zeventig tot honderd megahertz. Daarmee kun je heel mooi een groot volume verwarmen, maar voor het gebied waar wij ons op richten, heb je een veel betere controleresolutie nodig.’
De Rotterdammers startten daarom in 2003 met een eigen ontwerp, specifiek voor het beoogde doelgebied. ‘In feite begonnen ze van binnen naar buiten toe te rekenen met een hele geavanceerde em-simulatie: om dit te bereiken, moet ik de volgende antenne op die afstand hebben staan met die bepaalde fase en amplitude’, legt Van den Biggelaar uit.
Dat resulteerde in een systeem dat Hypercollar werd gedoopt: een opstelling met twaalf antennes op twee halve ringen die om de hals of het hoofd van de patiënt konden worden gesloten. Als frequentie werd 434 MHz gekozen; dit signaal laat zich goed focusseren en dringt diep genoeg door in het weefsel. De ruimte tussen de antennes en het lichaam werd opgevuld met plastic zakken gevuld met water, een waterbolus in vaktermen. ‘Dat heb je nodig om de straling te focussen; je hebt dan een medium met dezelfde diëlektrische constante over het hele gebied – de mens is ook een soort waterzak’, aldus Van den Biggelaar.
Maar wel een waterzak met bot, vetweefsel en luchtholtes erin, die allemaal invloed hebben op de radiogolven. De onderzoekers begonnen daarom tegelijkertijd te werken aan het brein van het systeem: planningsoftware die eerst op basis van ct-scans een model opstelt en dat vervolgens gebruikt om uit te rekenen hoe de antennes moeten worden aangestuurd.
Die software kreeg een forse boost toen promovendus Valerio Fortunati bij het team kwam. Aanvankelijk moest de arts op de scans aangeven wat elk type weefsel is, een arbeidsintensief karwei. Dankzij Fortunati’s werk kon de software de verschillende weefseltypes automatisch herkennen. Technologiestichting STW beloonde hem vorig jaar met de Simon Stevin Gezel-prijs.
Volgens plan
Toen de onderzoekers het systeem in de praktijk inzetten, zagen ze hoopgevende verbeteringen in de behandeluitkomst. Maar het was niet eenvoudig te bepalen of het weefsel inderdaad volgens plan opwarmde; de enige manier om de temperatuur te meten tijdens de behandeling is door thermometers in het lichaam te brengen, wat invasief en weinig nauwkeurig is.
Eerder dit jaar werd een nieuw project afgetrapt om daar verbetering in te brengen. Een mri-scanner kan niet alleen de vorm van weefsel in kaart brengen, maar ook de temperatuur. Door het systeem geschikt te maken voor gebruik in deze machines, willen de onderzoekers het opwarmingsproces beter leren begrijpen.
Maar in de beginperiode moesten ze nog met katheters aan de slag om zo goed en zo kwaad als het ging data over warmte te verzamelen. Daar bleek uiteindelijk iets geks: de beoogde opwarming werd lang niet altijd bereikt. In sommige gevallen kwam de temperatuur niet hoger dan 38 graden. Waarschijnlijk, zo speculeerden ze, werkt de temperatuurregulering van het lichaam te goed in het hoofd- en nekgebied. Daarom besloten ze in 2014 een opvolger te ontwikkelen, die meer energie zou kunnen afleveren.
Daarvoor werd de antenneplaatsing in deze Hypercollar3d goed onder de loep genomen. Zo werd het aantal antennes verhoogd naar twintig. Hoewel er nog steeds maar twaalf tegelijk kunnen worden aangestuurd, biedt dat meer opties voor precieze lokalisatie.
Ook moesten de antennes dichter bij de huid komen. Dat kon door de waterzak in tweeën te splitsen: aan de binnenkant bleef slechts een dunne bolus over die de contouren van het lichaam volgt, terwijl het grootste gedeelte aan de buitenkant van de antennes werd geplaatst. ‘Een van de uitdagingen die Rotterdam heel goed heeft opgelost, is om die bolus een vorm te geven die voorspelbaar is waardoor die kan worden meegesimuleerd. En die bovendien goed aansluit, want elk menselijk lichaam is natuurlijk anders’, stelt Van den Biggelaar.
Door deze maatregelen kan er maar liefst twee keer zo veel energie worden afgeleverd, waardoor het veel beter lukt om de temperatuur te verhogen. Er werd bovendien nog een meer banale, maar evengoed belangrijke verbetering doorgevoerd. In de eerste versie van het systeem was de positionering van de ring niet erg nauwkeurig, wat het lastig maakt om het doelgebied precies te raken. Door het laserpositioneringssysteem van ct-scanners te adopteren, werd dat probleem opgelost.
Aan Sensius nu de taak om dit academische systeem te industrialiseren en een CE-keurmerk te halen. ‘Dat betekent in feite dat we het opnieuw moeten maken met de kennis en ervaring die tot nu toe is opgedaan. We verwachten daar twee jaar voor nodig te hebben nadat we er financiering voor hebben opgehaald’, zegt Van den Biggelaar. Ondertussen gaat het Erasmus MC onverminderd verder met het academische systeem voor de behandeling van de patiënten; dat is al standaard procedure voor het ziekenhuis.
Tijdens de Dutch RF Conference op 29 november verzorgt Maarten Paulides van Sensius een lezing over het gebruik van rf-golven om tumoren op te warmen.