Onderzoek Abraham Lin

Abstract

De SARS‐CoV‐2‐pandemie heeft aangetoond hoe onvoorbereid onze samenleving was op het voorkomen van de verspreiding van zeer besmettelijke ziekten, het beschermen van zorgverleners en patiënten, en de logistieke uitdagingen bij het gelijktijdig verzorgen en behandelen van een groot aantal besmettelijke patiënten. De afgelopen twee jaar hebben ziekenhuizen gestreefd om de verspreiding van dit virus binnen hun organisatie tegen te gaan, een uitdaging die dikwijls noodzaakte om dagelijks zelfs duizenden eenheden van ongebruikt, individueel verpakt medisch materiaal te laten vernietigen, dat niet snel en efficiënt kon worden gedesinfecteerd met de traditionele desinfectiemethoden. Het Universitair Ziekenhuis Antwerpen (UZA) alleen al produceert gemiddeld zo'n 250.000 kg medisch afval per jaar. In 2021 was de hoeveelheid medisch afval met meer dan 10% gestegen in vergelijking met de pre‐COVID periode. Wereldwijd gaf de pandemie niet alleen aanleiding tot een enorme verhoging van de kosten voor ziekenhuizen, maar verhoogde ook de productie van afval met 400‐500%. Bovendien was er op het hoogtepunt van de pandemie zelfs een nijpend tekort aan medische hulpmiddelen. Dit was dus niet alleen een milieu‐ en financieel probleem, maar ook een zware last voor de gezondheidszorg. Om beter voorbereid te zijn op toekomstige pandemieën, stellen we hier een missiegericht innovatieproject voor, dat beantwoordt aan een specifieke vraag vanuit de dienst Intensieve Zorgen van het UZA. In ons IOF‐POC CREATE‐project willen we een desinfectieapparaat op basis van niet‐thermisch plasma (NTP) ontwikkelen om virussen snel van ongebruikte, individueel verpakte medische producten te verwijderen: het plasmatoestel voor ziekenhuisgebruik ("hospital‐use plasma": HUP). Ons HUP‐toestel maakt gebruik van een volledig innovatief ontwerp met cilindrische geometrie, waarin de te desinfecteren materialen worden ingebracht. Het plasma wordt opgewekt rond deze (niet‐geleidende) verpakkingsmaterialen, om het contact met deze materialen te verbeteren en een volledige, uniforme behandeling te garanderen. We moeten hiervoor inderdaad een volledig nieuw plasmatoestel en concept ontwerpen, dat we een 'bewegend bed' DBD plasma noemen. Door gebruik te maken van de individueel verpakte medische producten als onderdeel van het plasmatoestel, en om het plasma stabiel te houden, biedt ons 'bewegend bed' DBD plasmatoestel een schaalbare oplossing voor snelle desinfectie in het ziekenhuis. Op basis van onze kennis van plasmadynamica en computersimulaties van plasma's, hebben we dit theoretische ontwerp ontwikkeld, maar de haalbaarheid om een werkend prototype te maken, moet nog uitgetest worden. Daarom zullen we in dit IOF‐POC CREATE‐project ons prototype HUP‐toestel in het laboratorium produceren en valideren. Indien succesvol, zal ons HUP‐toestel ons in staat stellen om: i) tekorten in individueel verpakte medische producten te verminderen; ii) het door zorginstellingen geproduceerde afval en de daarmee samenhangende kosten voor afvalbeheer te verminderen, en; iii) de incidentie van ziekenhuisinfecties te verminderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Delputte Peter
• Co-promotor: Jorens Philippe
• Co-promotor: Lin Abraham
• Co-promotor: Privat Maldonado Angela
• Co-promotor: Sahun Maxime

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Niet-thermische plasmatechnologie (NTP) is onderzocht op zijn antikanker- en immunogene effecten voor kankertherapie. NTP-systemen voor biomedische toepassingen zijn grondig gekarakteriseerd voor in vitro-systemen, waaronder componentenanalyse (bijv. Gepulseerde elektrische velden, UV-straling), gasfasemetingen van geëxciteerde en reactieve soorten en vloeistofchemiestudies. Er is al aangetoond dat het immunogene celdood (ICD) induceert, een zeer gunstig type celdood voor kankerimmunotherapie die wordt gekenmerkt door het vrijkomen van 'gevaarsignalen', waarvan bekend is dat ze belangrijke immuuncellen stimuleren voor het initiëren van een adaptieve immuunrespons. Ondanks veelbelovende vooruitgang in plasmatherapie voor kankers (een veld dat nu wordt aangeduid als 'plasma-oncologie'), blijven er nog verschillende hiaten in de kennis die de vertaling van deze technologie belemmeren, waaronder: 1) het bepalen van de juiste 'NTP-behandelingsdosis' en 2) het definiëren van een effectieve behandeling schema's voor combinatietherapieën. In deze studie willen we de NTP-behandelingsdosis correleren met het antikankereffect en de werkzaamheid van NTP-behandeling in strategische combinatie van andere therapieën bepalen. Om dit te onderzoeken zal een in vivo kankermodel worden gebruikt om rekening te houden met de complexe interacties tussen NTP, de tumor, de micro-omgeving van de tumor en het immuunsysteem. We zullen de B16-F10-melanoomcellijn gebruiken met syngene C57BL/6J-muizen. De resultaten van deze experimenten zullen inzicht verschaffen in het standaardiseren van NTP-behandeling en helpen de acceptatie van NTP-technologieën in de kliniek te stroomlijnen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lin Abraham

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Vooruitgang in kunstmatige intelligentie (AI) heeft de ontwikkeling van oplossingen voor tal van industriële, academische en onderzoeksuitdagingen vereenvoudigd. We hebben software ontwikkeld, genaamd Organoid Brightfield Identification-based Therapy Screening (OrBITS), voor geautomatiseerde analyse van microscopische afbeeldingen van 2D- en 3D-celculturen door middel van computervisietechnologie in combinatie met een convolutionele netwerk gebasseerde machine learning-benadering (prioritaire patenten ingediend). Als zodanig kan onze OrBITS-software twee belangrijke diensten leveren: 1) software als een service voor beeldgebaseerde onderzoeksanalyse en 2) high-throughput screening van geneesmiddelen. Onze technologie en diensten zijn al van groot belang voor zowel industriële als academische partners, en we zijn begonnen met het uitvoeren van beeldanalyse en therapiescreening voor zowel interne als externe groepen. Om onze servicecapaciteit te automatiseren en uit te breiden, moeten echter enkele technologische en operationele lacunes worden gedicht. We hebben met name toegewijd personeel nodig voor het screenen van geneesmiddelen die door de klanten worden geleverd, het routinematig onderhoud van celculturen en het integreren van onze huidige workflow met recentelijk verworven ultramoderne apparatuur (bijv. Tecan Spark Cyto live imager, Tecan D300e drug dispenser, Opentron OT-2 pipetteerrobot). De documentatie en standaardisatie van deze workflow zal toekomstige uitbreidingen stroomlijnen en de servicecapaciteit vergroten. Bovendien willen we onze software migreren naar een cloudgebaseerd systeem om de gegevensopslag en training van het software-AI-netwerk te centraliseren. Het opzetten van dit cloudsysteem lost veel problemen op die verband houden met op afbeeldingen gebaseerde analyse (bijv.onvoldoende gegevens opslagcapaciteit en -verkeer, inefficiënte en incrementele software-updates, ontbrekende datasets) die worden beschreven door onze industriële en academische partners. Het opzetten van dit cloudgebaseerde systeem zal onze AI-softwaretrainingseenheid verder in staat stellen om up-to-date en relevant te blijven met snelle veranderingen van wetenschappelijk en translationeel onderzoek, waardoor onze beeldgebaseerde analyse en therapie screeningsdiensten op het scherpst van de snede blijven. Ten slotte willen we samenwerken met een toegewijde bedrijfsontwikkelaar om marktanalyses uit te voeren, prijs- en advertentiestrategieën te optimaliseren en een bedrijfsplan voor ons serviceplatform te ontwikkelen, aangezien we momenteel werken op individuele basis. De doelstellingen op het gebied van technologie en bedrijfsontwikkeling die hier worden voorgesteld, zullen de oprichting van het OrBITSplatform mogelijk maken om een zelfvoorzienende dienstverlening te worden met het vermogen om op te schalen naarmate de klanten en behoeften toenemen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Deben Christophe
• Co-promotor: Lin Abraham

Onderzoeksgroep(en)

• Centrum voor Oncologisch Onderzoek (CORE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hoofd-halskanker is de zesde meest voorkomende kanker wereldwijd. Patiënten in gevorderde stadia hervallen vaak of er ontstaan uitzaaiingen (R/M HNSCC), wat resulteert in een erg slechte prognose. De eerstelijnsbehandeling van deze patiënten bestaat uit immuuntherapie (ICI) alleen, of in combinatie met platina chemotherapie (PLAT). Hoewel deze combinatiebehandelingen enig klinisch voordeel hebben, worden ze gelimiteerd door lage responspercentages en ernstige bijwerkingen. Om dit probleem aan te pakken, zal ik een nieuwe combinatiestrategie met non-thermisch plasma (NTP) onderzoeken. NTP, een geïoniseerd gas, is een lokale therapie die immunogene celdood induceert, wat de anti-kankerimmuniteit van de patiënt kan activeren. Tot op heden zijn er geen bijwerkingen gerapporteerd bij het klinische gebruik van NTP. Daarom veronderstellen we dat het combineren van NTP met PLAT/ICI een nieuwe, goed getolereerde behandelingsstrategie kan zijn die de klinische efficiëntie voor R/M HNSCC zal verbeteren. Ik zal 3D in vitro experimenten uitvoeren op cellijnen en patiëntenstalen, waarna twee muismodellen gebruikt zullen worden om de efficiëntie en veiligheid van deze combinatie te valideren. Mijn project zal helpen om NTP te integreren in de eerstelijnstherapieën van R/M HNSCC als een nieuwe combinatiestrategie om de behandeling en de levenskwaliteit van deze patiënten te verbeteren. Deze studie zal ook een opstap zijn naar een bredere toepassing van NTP-technologie in andere kankertypes.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Smits Evelien
• Co-promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Lin Abraham
• Mandaathouder: Verswyvel Hanne

Onderzoeksgroep(en)

• Centrum voor Oncologisch Onderzoek (CORE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Kankertherapie evolueert snel, deels vanwege de vooruitgang in andere domeinen, die geleid heeft tot de ontwikkeling van gedetailleerde methoden voor het bestuderen van kankerpatronen en innovatieve therapieën. Niet-thermisch plasma (NTP) is een nieuwe behandeling die in opkomst is voor kanker-immunotherapie. Bioinformatica is een ander wetenschapsgebied dat een snelle groei doormaakt, en we kunnen steeds grotere hoeveelheden 'omics' gegevens verzamelen en verwerken. In mijn project zal ik een combinatie van experimentele en bioinformatica benaderingen gebruiken om fundamentele effecten van NTP op kankercellen te bestuderen: 1) de mechanismen die de gevoeligheid van cellen beïnvloeden en 2) moleculaire veranderingen die kunnen worden benut voor combinatietherapie. In vitro experimenten zullen worden uitgevoerd om verschillende kankercellijnen in te delen in verschillende gevoeligheidsgroepen op basis van NTP-geïnduceerde celdood, en de cel redoxbalans en celdoodmodaliteiten zullen worden bestudeerd. Transcriptoomanalyse en bioinformaticamethoden voor kanker zullen worden gebruikt om de geactiveerde patronen te ontdekken. Kenmerkende genpatronen uit de transcriptoomgegevens zullen ook worden bestudeerd om een vollediger beeld te krijgen van de immunologische veranderingen in met NTP behandelde cellen. Alle in silico resultaten zullen experimenteel gevalideerd worden. Dit project betekent een meerwaarde voor meerdere wetenschapsgebieden en opent nieuwe onderzoekslijnen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Smits Evelien
• Mandaathouder: Lin Abraham

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de context van klinische behandelingen tegen kanker is een grote uitdaging het precies toedienen van de therapeutische middelen aan de tumor en tegelijk de "off-target" effecten te beperken. Dit geldt voor verschillende behandelingsmodaliteiten, waaronder radiotherapie en niet-thermische plasma (NTP) therapie. De belangrijkste focus van dit onderzoeksproject is dan ook het introduceren van een controlestructuur voor een "patiënt-in-de-loop" therapeutische toepassing. Dit systeem zal ontwikkeld worden door de integratie van 3 componenten: 1) omgevingssensoren, 2) een robotbesturingseenheid en 3) een therapeutisch apparaat (NTP-generator). Aangezien NTP-behandeling in hoge mate afhankelijk is van parameters zoals behandelingstijd, toepassingsafstand, enz. is een terugkoppelingsaanpak nodig om de door de patiënt geïnduceerde tumorbeweging (bv. ademhaling) tijdens de behandeling te compenseren. Hiertoe zullen artificiële intelligentie-instrumenten, waaronder neurale netwerken, worden gebruikt om de dynamische stoornissen van de tumor te modelleren. De ontwikkelde zelflerende artificiële intelligentiemodellen zullen ingebed worden in modelgebaseerde controllers om het effect van verstoringen te voorspellen en te minimaliseren. De prestaties van de controlestructuur zullen gevalideerd worden met real-time experimenten van plasma-overdracht in biologische systemen. De voorgestelde methodologie heeft het potentieel om de precisie en nauwkeurigheid van klinische NTP-behandeling te verbeteren en bijgevolg de schade aan gezond weefsel te minimaliseren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Copot Cosmin
• Co-promotor: Lin Abraham

Onderzoeksgroep(en)

• InViLab

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Niet-thermische plasmatechnologie wint aan interesse als nieuwe kankertherapie. Plasma wordt reeds klinisch toegepast bij patiënten met hoofd- en halskanker, de zesde meest voorkomende kanker wereldwijd, met lange-termijn overlevingskansen onder 50%. Hoewel de eerste studies veelbelovend zijn (bv. partiële remissie, minder pijn, geen gerapporteerde neveneffecten), werd een aandachtspunt gesignaleerd bij de klinische toepassing, nl. lage reproduceerbaarheid van de behandeling. De huidige plasmatoestellen worden immers met de hand bediend en de arts moet zelf een inschatting maken i.v.m. geschikte behandelingtijd. Dit leidt tot een grote variabiliteit, zeker als de arts het plasmatoestel over een groter oppervlak moet bewegen. Daarom willen wij een robotsysteem voor plasmabehandeling ontwikkelen, dat toelaat om de fundamentele plasma-effecten op de tumor te onderzoeken, voor klinische kankerbehandeling. We zullen meerdere sensoren gebruiken om de patiëntomgeving te detecteren, artificiële intelligentie om de patiëntverstoringspatronen (bv. ademhaling) te 'leren en voorspellen', en een robotarm om het plasma toe te dienen. We zullen dit systeem uittesten op 3D tumormodellen en op muizen. Dit project zal een grote stap voorwaarts betekenen voor klinische toepassing van plasma voor kankerbehandeling, door de voorheen onbekende biologische responsen van plasma te ontrafelen en een antwoord te bieden op de klinische aandachtspunten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Copot Cosmin
• Co-promotor: Lin Abraham
• Co-promotor: Vanlanduit Steve

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project bestudeert de mechanismen van niet-evenwichtsplasma in kankerbehandeling, en meer specifiek de rol van het immuunsysteem, via een combinatie van experimenten, computersimulaties en karakterisatie van plasma-behandelde vloeistoffen gebruikt voor de kankerbehandeling.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Bogaerts Annemie
• Co-promotor: Smits Evelien
• Mandaathouder: Lin Abraham

Onderzoeksgroep(en)

• Plasma Lab voor toepassingen in duurzaamheid en geneeskunde - Antwerpen (PLASMANT)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject