Een nieuwe blik op het vezelnetwerk van de hersenen

Het menselijk brein is bijzonder complex. Het bestaat uit een dicht netwerk van neuronen en cellen. Maar met de nieuwe techniek ComSLi is nu zichtbaar hoe hersenvezels precies lopen. Miriam Menzel, assistent-professor aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft), ontwikkelde ComSLi.

Ze legt uit: “Met deze techniek kan het dichte vezelnetwerk van hersenweefsel tot op microniveau worden ontrafeld. Ook individuele zenuwvezels zijn zichtbaar, zelfs in dicht verweven gebieden. Andere methoden kunnen dit niet.”

Waarom is dit belangrijk? Het helpt bijvoorbeeld bij het bestuderen van ziektes zoals Alzheimer of Parkinson. Wetenschappers kunnen zo zien hoe deze ziekten zich in hersengebieden ontwikkelen. Tot nu toe was het bijna onmogelijk om de dicht verweven vezels te onderscheiden.

In een nieuw artikel, gepubliceerd met onderzoekers van TU Delft, Stanford University, Erasmus Medisch Centrum en het Duitse Forschungszentrum Jülich (FZJ), wordt duidelijk hoe ComSLi werkt op allerlei soorten weefsel. Het artikel staat in Nature Communications.

De vezels van de hersenen zichtbaar maken

Om hersenstructuren onder een microscoop te bestuderen, wordt hersenweefsel in dunne plakjes gesneden. Het weefsel komt van overleden personen en wordt bewaard in klinische centra. Voor hoogwaardige, micrometerdunne plakjes wordt het weefsel eerst verhard met paraffinewas. Deze methode heet formaline-gefixeerde paraffine-inbedding (FFPE). Het nadeel: de optische eigenschappen van de zenuwvezels gaan hierdoor verloren, wat andere beeldvormingstechnieken bemoeilijkt.

ComSLI heeft dit probleem niet. Het belicht het weefsel vanuit meerdere hoeken en registreert hoe het licht wordt verstrooid met een camera. Menzel legt uit dat door de verstrooiing per micron-pixel te analyseren, onderzoekers de vezeloriëntatie kunnen berekenen. Zelfs als meerdere vezels elkaar kruisen.

ComSLI heeft geen dure lasers of ingewikkelde opstellingen nodig. “Je kunt binnen een dag een basisversie maken met een hobbycamera en een LED-ring,” zegt Menzel. De resolutie hangt af van de camera; 2–4 micron is ideaal voor klinisch gebruik.

Het resultaat is een kleurgecodeerde kaart van vezeloriëntaties. Elke kleur geeft een andere hoek aan. Zo ontstaat een gedetailleerd beeld van de vezelbundels die hersengebieden verbinden. Bij ziektes zoals Parkinson kan dit laten zien hoe de ziekte zich ontwikkelt en welke hersengebieden zijn betrokken.

Een scan van een hersensectie met de gekleurde vezels. © Georgiadis et al., Nature Communications 16:9572, 2025

Toepassing van natuurkunde op hersenonderzoek

Menzel, opgeleid als natuurkundige, heeft academische ervaring opgedaan in Duitsland, het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten en bevindt zich nu op het snijvlak van natuurkunde en neurowetenschappen. “Ik was gefascineerd door het idee om natuurkunde te gebruiken om uitdagingen in hersenonderzoek aan te pakken." Haar vroege werk richtte zich op polarisatiemicroscopie, een techniek die zenuwvezelstructuren zichtbaar maakt, maar moeite heeft met dicht opeengepakte of kruisende vezels.

Tijdens haar promotieonderzoek aan het FZJ ontdekte ze dat lichtverstrooiing de oriëntatie van vezels kon onthullen op een manier die met polarisatiemicroscopie niet mogelijk was. Deze ontdekking maakte de weg vrij voor de ontwikkeling van de beeldvormingsmethode. Nu geeft ze leiding aan een laboratorium van de TU Delft dat zich volledig toelegt op ComSLI-onderzoek.

“De hersenen zijn een nooit eindigend verhaal. Er valt altijd iets nieuws te leren. Door alleen maar de beeldvormingsparameters aan te passen, komen er nieuwe elementen naar voren; dat is heel fascinerend. Het is dan ook heel bevredigend om te zien dat neurowetenschappers de beelden die wij hen kunnen leveren begrijpen en hen in staat stellen dingen te zien die ze nog nooit eerder hebben gezien”, benadrukt ze.

D

Dr. Miriam Menzel

Assistent-professor aan de Technische Universiteit Delft

Na verschillende academische ervaringen in Duitsland, het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten trad zij in oktober 2022 in dienst bij de afdeling Imaging Physics van de Technische Universiteit Delft.

Veel toepassingen

ComSLI kan voor veel toepassingen worden gebruikt – in principe overal waar een vezelnetwerk aanwezig is. De techniek maakt spier- en collageenvezels zichtbaar, evenals structuren in botten en bloedvaten. Bovendien zou de methode ook kunnen worden gebruikt voor niet-biologische weefsels.

Een veelbelovende richting: het bestuderen van collageenvezels in tumoren. “De organisatie van collageen aan de randen van tumoren kan ons meer vertellen over de ernst van kanker”, merkt Menzel op. “Onze methode kan deze veranderingen mogelijk zichtbaar maken en zo nieuwe inzichten bieden voor de diagnose van kanker.”

Het directe doel van de onderzoeker is om ComSLI specifieker te maken, zodat het onderscheid kan maken tussen zenuw-, spier- en collageenvezels in complexe weefsels. Het belangrijkste doel blijft om de techniek in de klinische praktijk te brengen, zodat patiënten er direct van kunnen profiteren.

Op de lange termijn is een van de meest veelbelovende toepassingen intraoperatieve diagnostiek: het gebruik van de techniek tijdens operaties om realtime weefselanalyse te bieden. “Chirurgen zouden onze methode kunnen gebruiken om snel tumorranden of hersenvezeltracten te beoordelen”, aldus Menzel. “ComSLI is niet-destructief en snel. Maar er is nog wel een lange weg te gaan.”