Onderzoek Stijn Verleden

Abstract

Een recente Lancet-commissie benadrukte de aanzienlijke en toenemende last van chronisch obstructieve longziekte (COPD) en de noodzaak van fundamentele veranderingen in de manier waarop we over deze ziekte denken. Op dit moment vereist de diagnose COPD spirometrische luchtwegbeperking (FEV1/FVC <70%). Er kan echter al aanzienlijke longschade zijn opgetreden voordat er afwijkingen in de longfunctie worden vastgesteld. Recentelijk is daarom de term pre-COPD voorgesteld om te verwijzen naar personen zonder spirometrische obstructie, maar die een verhoogd risico lopen om COPD te ontwikkelen op basis van hun symptomen, longfunctie of structurele afwijkingen. Belangrijk is dat de onderliggende pathofysiologische mechanismen in pre-COPD onbekend zijn. Onlangs toonde onze onderzoeksgroep een >40% reductie van kleine luchtwegen aan bij pre-COPD patiënten in vergelijking met gezonde (rokende) controles, wat vergelijkbaar was met vastgestelde GOLD I COPD. In dit project zullen de cellulaire en moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan structurele afwijkingen bij pre-COPD uitgebreid worden onderzocht, met een focus op inflammatie en epitheliale remodellering. Dit omvat een grondig transcriptomisch onderzoek en validatie op weefselniveau, naast functionele experimenten met primaire bronchiale epitheelcelculturen. Inzicht in vroege pathologische veranderingen in pre-COPD zal een vroegere en verbeterde diagnose en therapeutische interventie mogelijk maken bij (pre)COPD-patiënten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lapperre Therese
• Co-promotor: Smet Annemieke
• Co-promotor: Verleden Stijn
• Mandaathouder: Voet Hanne

Onderzoeksgroep(en)

• Laboratorium Experimentele geneeskunde en Pediatrie (LEMP).

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Binnen dit project willen we synchrotron scannen verder uitvoeren om de morfologische en moleculaire veranderingen bij chronische obstructieve longziekte (COPD) verder te onderzoeken. COPD is de derde belangrijkste doodsoorzaak wereldwijd, verantwoordelijk voor 3,23 miljoen sterfgevallen in 2019 volgens de WHO. In België wordt geschat dat ongeveer 800.000 inwoners lijden aan COPD, waarbij ongeveer de helft van deze mensen niet weet dat ze COPD hebben. De belangrijkste risicofactor voor COPD is aanhoudende blootstelling aan sigarettenrook en verontreinigende stoffen. De pathofysiologie ervan wordt gekenmerkt door verlies en remodeling van de (kleine) luchtwegen en vernietiging van de alveoli, wat leidt tot vergroting van de luchtruimten. Er is echter een grote kloof tussen wat bekend is van CT-analyse en wat we weten van microscopische analyse van pathologische specimens. Door synchrotronanalyse van volledige menselijke longexplantaten met verschillende COPD-ernst willen we een diepgaande analyse uitvoeren van de vasculaire, parenchymale en luchtwegveranderingen in de long. Deze longen zullen worden verzameld in nauwe samenwerking met de afdelingen thoraxchirurgie, pneumologie en pathologie van patiënten die een lobectomie, transplantatie of autopsie ondergaan binnen het Universitair Ziekenhuis van Antwerpen. De gehele bronchiale en vasculaire boom zal worden gesegmenteerd en gebruikt om het aantal luchtwegen/vaten per generatie, het aantal geremodelleerde luchtwegen, segmentlengtes, vertakkingshoeken, luchtweg-/vasculaire diameters, enz. te kwantificeren. Gebaseerd op deze scans zullen verdere gebieden worden geselecteerd voor diepere moleculaire onderzoeken. Deze regio's zullen vervolgens zorgvuldig worden uitgesneden en afgestemd op de synchrotronbeelden en verder worden onderworpen aan multiplex immunofluorescentie en spatial transcriptomics. Dit zal zowel een gerichte als onbevooroordeelde analyse van de moleculaire veranderingen in de long mogelijk maken, zowel op RNA- als eiwitniveau. Deze gerichte analyse zal zich richten op de samenstelling van luchtwegepitheelcellen, het identificeren van verschillende endotheliale subsets en ontstekingscellen in relatie tot de morfologische veranderingen. De combinatie van de unieke toegang tot de synchrotronfaciliteiten, die de enige ter wereld is die volledige organen kan scannen met microscopische resolutie, en geavanceerde moleculaire hulpmiddelen zal uniek zijn in het bevorderen van onze kennis over deze verwoestende ziekte

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verleden Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerps chirurgisch training, anatomie en onderzoekscentrum (ASTARC)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Hierarchical Phase-Contract Tomography (HiP-CT) is ontwikkeld als een innovatieve manier om een intact menselijk orgaan in 3D-resolutie te bestuderen op een bijna-microscopische schaal. Binnen dit project willen we HiP-CT gebruiken om menselijke longen van patiënten met COPD en longfibrose te onderzoeken. We willen ziektespecifieke kenmerken identificeren en kwantificeren en de rol van de vasculaire veranderingen in de pathofysiologie van chronische longziekten ontrafelen. HiP-CT biedt ons het voordeel dat we ziektespecifieke kenmerken over het hele orgaan kunnen vergelijken (en zo 'gezond 'versus licht versus ernstig aangetast weefsel van dezelfde long kunnen vergelijken) en dit in 3 dimensies kunnen kwantificeren, wat met geen van de bestaande technologieën mogelijk is. Met behulp van deze zeer gedetailleerde informatie zullen we het gehele bronchiale en vasculaire systeem segmenteren en kwantificeren en dit vergelijken in gezondheid en ziekte. Vervolgens willen we deze kennis gebruiken om ook diepere biologische informatie te verkrijgen door spatiële analyses uit te voeren in dezelfde organen met behulp van multiplex immunofluorescentie en spatial transcriptomics. Tot slot willen we onze bevindingen valideren in een grotere verzameling organen, evenals organen of biopten met vroege ziekte vanuit onze bestaandse biobank om onze bevindingen te valideren. We zijn ervan overtuigd dat we door het combineren van geavanceerde beeldvormingstechnologie met biologische instrumenten van de volgende generatie een stap dichter bij ons begrip van chronische longziekten komen, wat hard nodig is gezien de slechte uitkomst ervan.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verleden Stijn
• Mandaathouder: Van der Rauwelaert Jonas

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerps chirurgisch training, anatomie en onderzoekscentrum (ASTARC)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het visualiseren van volledige organen met microscopische resolutie kan ons enorm veel leren over de morfologische en moleculaire veranderingen van ziekten. Specifiek voor de long weten we nog onvoldoende over de veranderingen die gepaard gaan met ziekte. Binnen dit project willen we door middel van een unieke technologie (Hierarchische fase-contrast beeldvorming) de volledige long in 3D op microscopische schaal in beeld brengen om de veranderingen die geassocieerd zijn met ziekte beter te begrijpen. Uniek hierbij is dat de bloedvaten ook direct in beeld gebracht zijn. We willen hiermee begrijpen wat er gebeurt met de luchtwegen, de bloedvaten, de longblaasjes en de pleura en hoe deze allemaal met elkaar geassocieerd zijn. Deze bevindingen willen we dan ook terugkoppelen naar de beeldvorming in de patient, maar ook aan de uiteindelijke pathologische diagnose. Deze inzichten zullen dus cruciaal zijn om tot een dieper begrip te komen van de mechanismen van longziekten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verleden Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerps chirurgisch training, anatomie en onderzoekscentrum (ASTARC)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Longziekten zijn een grote oorzaak van morbiditeit en mortaliteit. Er bestaan vele verschillende longziekten met elk hun eigen presentatie, prognose en pathofysiologische mechanismen. Het doel van dit project is om een betere diagnose van longziekten te verkrijgen, alsook een beter begrip van de onderliggende mechanismen. Hiervoor maken we gebruik van een macro naar micro benadering met behulp van innoverende technologie zoals synchrotron en microCT beeldvorming op goed-gekarakteriseerde menselijke longstalen maar ook gecompliceerde celcultuur- en diermodellen. Zo willen we de tumor classificatie van geresecteerde longlobben verbeteren door micro-letsels in de long beter op te sporen met behulp van beeldvorming. Een volgend doel is om de geschiktheid van donor organen voor long transplantatie te verteren via beeldvorming. Vervolgens willen we betere merkers vinden om kleine luchtwegziekte op te sporen in patienten met rook-geinduceerde veranderen. Ten vierde willen we een soort virtuele longbiopsie bekomen door in vivo beeldvorming direct te associëren met ex vivo beeldvorming, microscopie en functionele data. We willen hiernaast ook het mechanisme van longziekten beter begrepen door morfologische veranderingen en pathofysiologische mechanismen van longziekten beter te begrijpen en te relateren aan longveroudering. Synchrotron beeldvorming zal gebruikt worden om 'oudere' longen te vergelijken met verschillende typen van longziekten hetgeen een geweldig inzicht zal verschaffen in de luchtweg gerelateerde en vasculaire veranderingen met extreem hoge resolutie. Aanvullend zal er ook van microCT gebruik gemaakt worden. Om verder de mechanismen van longziekten te onderzoeken, zullen er primaire luchtweg cellen geïsoleerd worden om te onderzoeken hoe deze reageren op infectieuze en niet infectieuze stimuli. De long zelf zal ook verder bestudeerd worden met behulp van verschillende kleuringen, maar ook scanning elektronen microscopie en met spatiale transcriptoom analyse en single-cell analyse. Als laatste zullen ook de microvasculaire veranderingen na longtransplantatie verder onderzocht worden met behulp van een muis long transplant model. Hierin zullen we ook verschillende strategieën testen om deze veranderingen tegen te gaan. Dit project zal leiden tot vele nieuwe inzichten die zullen helpen om de diagnose van longziekten te verbeteren, maar die ook zullen bijdragen om de manier waarop longziekten ontwikkelen beter te begrijpen. Dit zal helpen om de prognose van de ziekten te bepalen, maar zal ook bijdragen aan nieuwe therapie, wat zeker nodig is gezien de hoge morbiditeit en mortaliteit van longziekten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Verleden Stijn
• Mandaathouder: Verleden Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Antwerps chirurgisch training, anatomie en onderzoekscentrum (ASTARC)

Project type(s)

• Onderzoeksproject