Ieder uur krijgen vijf mensen dementie. Maar een diagnose stellen duurt lang, gemiddeld zo’n 14 maanden. Bij mensen onder de 65 jaar zelfs 4 jaar. Patiënten kunnen (nog) niet rekenen op genezing, er zijn alleen medicijnen die de symptomen afremmen. Op de Brightlands Health Campus in Maastricht wordt naar manieren gezocht om diagnostiek te versnellen en meer inzicht te krijgen in het verloop van de ziekte. Het uiteindelijke doel: een medicijn vinden. En de manier van onderzoek vertalen naar andere ziektes.
Maar wat is hier allemaal voor nodig? Jos Kleinjans is als toxicoloog verbonden aan de Maastricht University en hij is nauw betrokken bij het Brightlands e-infrastructure for Neurohealth (BReIN) , zoals het instituut heet dat nu het verloop van Alzheimer gaat onderzoeken. “We weten dat ongeveer tien procent van de patiënten een erfelijke vorm heeft, een gen is hier verantwoordelijk voor de ziekte. Maar hoe ontstaat het dan bij die andere 90 procent? Wetenschappers denken dat zware metalen, bepaalde pesticiden en vetten invloed hebben op het ontstaan van Alzheimer. Wij gaan op zoek naar informatie in moleculaire processen die invloed hebben op de ziekte, met deze informatie kunnen we op zoek naar betere medicijnen”, vertelt Kleinjans.
[learn_more caption=”Lees hier meer over BReIN”]Het project duurt 7 jaar en er is ruim 30 miljoen euro voor uitgetrokken. Hiervan komt 10 miljoen van de provincie Limburg, 10 miljoen van de Universiteit en het Academisch Ziekenhuis en de overige 10 miljoen euro wordt opgehaald uit de reguliere onderzoeksfondsen , bijvoorbeeld bij de Europese Unie. Naast het opzetten van een goede data-infrastructuur en het beter begrijpen van Alzheimer door onderzoek, is het de bedoeling dat uit BReIN minstens vijf spin-offs ontstaan. Kleinjans: “Het kan zo zijn dat uit het onderzoek blijkt dat zware metalen die mensen binnenkrijgen van invloed zijn op het verloop van Alzheimer. Dan kan het voor bedrijven op de campus in Venlo, waar ze aan gezonde voeding werken, interessant zijn om te kijken naar voeding die metalen uit het lichaam zuiveren. Er zijn bepaalde koolsoorten die metaal uit de grond filteren, datzelfde proces kan ook in het lichaam spelen. Of we vinden een nieuwe manier van diagnostiek, dat kan commercieel ook interessant zijn.”[/learn_more]
Bundelen van onderzoeksdata
Om die informatie te vinden, zetten onderzoekers van het BReIN-instituut eerst een goede data-infrastructuur op. In deze infrastructuur worden bestaande platformen aan elkaar gekopeld. Zoals de gegevens van Scannexus waar ze met MRI onder andere hersenonderzoek verrichten en data van M4I, een onderzoeksinstituut aan de Universiteit van Maastricht waar onderzoekers celprocessen op moleculair niveau bestuderen. “Daarnaast zetten we een nieuw platform op voor genomische data met gegevens over de structuur en het functioneren van het DNA”, vertelt Kleinjans. Door het bundelen van al deze verschillende gegevens hopen onderzoekers beter zicht te krijgen op de ontwikkeling van Alzheimer in het brein. Kleinjans: “We gebruiken hiervoor hersensamples van overleden patiënten, bloedmonsters in verschillende fases van de ziekte en gekweekte stamcelmodellen met dezelfde eigenschappen die Alzheimer patiënten hebben. Hiervoor werken we samen met MERLN, een onderzoeksinstituut in regeneratieve geneeskunde hier op de universiteit. Al deze bronnen leveren veel informatie uit verschillende vakgebieden op, dit onderzoekt vraagt dat we buiten die muren werken en dat onderzoekers in gesprek gaan met clinici, want ook informatie over levensstijl van patiënten kan belangrijk zijn. Die bundeling van gegevens is belangrijk omdat je zo een completer beeld kunt vormen.”
Alles bij elkaar gaat het om ongelooflijk veel onderzoeksdata en om daar iets zinnigs uit af te kunnen leiden, is veel rekenkracht nodig. Kleinjans: “Die rekenkracht is in Nederland niet beschikbaar. Hiervoor hebben we een directe verbinding met een van de twee supercomputers in Jülich in Duitsland. Deze systemen staan op plaats 26 en 44 op de lijst van de 500 krachtigste computers ter wereld. De data en het verkeer ervan willen we zelf beheren, we gaan dat niet in een cloud van Google achterlaten, waar je bij god niet weet wat ermee gebeurt. We zetten eigen servers en IT-systemen op in nauwe samenwerking met de Brightlands Smart Services Campus in Heerlen. Ook helpen ze ons bij het opzetten van back-up systemen, voor in het geval dat hier in Maastricht de bliksem bijvoorbeeld inslaat.”
Grote bestanden
Om even aan te geven hoe groot deze bestanden zijn: Scannexus verzamelt zo’n 1 TB aan mri-data per dag en genomische data gaat ook niet over kleine bestanden. Een genoom kun je vergelijken met een flinke handleiding waarin staat hoe genen zijn opgebouwd. Maar deze handleiding is niet direct leesbaar want tussen alle functionele genen staat ook een boel onduidelijke informatie die niet bruikbaar is. Dit moet allemaal eerst in de juiste volgorde worden gezet. Een flink klusje als je weet dat het menselijk genoom zo’n 3 miljard letters lang is. Dat is goed voor zo’n 1 miljoen A4’tjes. Een enkele sequencing run (het ontcijferen van de code) levert al snel 350 GB aan data op.
“Als je dit allemaal handmatig moet ontcijferen dan breekt de pleuris uit, dat is onbegonnen werk. Daarvoor heb je heel wat rekenkracht nodig, het sequencen is één ding. Want deze reeksen moet je als het ware weer aan elkaar plakken om er een geheel van te maken en de functies van genen te bepalen. Om deze gegevens te combineren met de bestaande platforms, die ook zeer grote bestanden gebruiken, hebben we niet voldoende rekenkracht. Die gaan we dus uit Duitsland halen”, aldus Kleinjans. Ook zal er met verschillende bedrijven op de campus in Heerlen gekeken worden naar manieren om die rekenkracht optimaal te benutten. Kleinjans noemt dit het bevragen van de data: “Je kunt een mens natuurlijk niet twintig jaar lang zware metalen voeren om vervolgens zijn schedel open te splijten om te zien of hierdoor Alzheimer is ontstaan. Maar door alle data die we straks gecombineerd beschikbaar hebben, is dat niet nodig. Samen met bedrijven op de campus gaan we modellen ontwikkelen die iets vertellen over de invloed van bijvoorbeeld aluminium op het brein in relatie tot ALzheimer. De bedrijven daar hebben slimme manieren om antwoorden uit data te halen. Je zou het AI kunnen noemen zoals de hype voorschrijft.”
Verdieping van het vak
Kleinjans heeft zijn vakgebied zien veranderen met de komst van genomics data, geavanceerde analyse methodes en meer computerkracht. “Het vak heeft meer verdieping gekregen, letterlijk want we zijn in staat om dieper en nauwkeuriger in cellen te kijken”, zegt Kleinjans. Maar hoe weet je dan of zo’n machine learning model klopt? Kleinjans: “Dat gaat over black-boxen, waar wetenschappers niet meer kunnen volgen wat een systeem bedenkt. Dat is geen ramp zo lang ze weten dat het resultaat betrouwbaar is. Daarom moeten experimentele modellen altijd getoetst worden aan de praktijk, bijvoorbeeld met een controle database waarvan de uitkomst bekend is.”
Ondanks dat de Maastrichtse professor de voordelen van betere techniek ziet, moeten we niet denken dat dit alles oplost: “We moeten niet naief zijn en alles maar uitproberen omdat het kan.” Kleinjans noemt een recent geval van een Chinese wetenschapper die via genbewerking een embryo aanpaste. “Stel, wij vinden uit welk moleculair proces Alzheimer beïnvloedt en kunnen dit via gen-bewerking aanpassen, hoe weet je dan zeker dat deze ingreep alleen op dat gebied effect heeft? Dat is heel erg moeilijk vast te stellen. Dit zal de komende jaren ongetwijfeld onderwerp van debat blijven, want technisch is het mogelijk.”
Toekomst
Het is de bedoeling dat wanneer de data-infrastructuur eenmaal is opgezet, dat BReIn gaat kijken hoe deze infrastructuur ook commercieel gebruikt kan worden. “Voor telers die hun groente willen verbeteren is DNA-informatie erg nuttig, we zouden dit als service kunnen aanbieden. Ook eventuele analyse methodes die uit het onderzoek komen, kunnen commercieel interessant zijn”, zegt Kleinjans. Met het opzetten van het genomische data-platform, gaan onderzoekers ook meer gebruik maken van uitgebreidere DNA-analyse. Kleinjans: “Hiervoor werken we al samen met onder meer de universiteiten van Luik en Luxemburg. We willen mee in de vaart der volkeren, want dit brengt enorme mogelijkheden met zich mee. Het zou natuurlijk fantastisch zijn als we in de genomische data informatie vinden waarmee Alzheimer gediagnosticeerd kan worden met een simpele bloedprik. Maar dit duurt nog wel even. We willen eerst beter begrijpen welke omgevingsfactoren invloed hebben op Alzheimer om vervolgens te zoeken naar een beter geneesmiddel. Ook hopen we genomische informatie te vinden die de diagnose verbetert. Als deze manier van onderzoeken succesvol blijkt, kunnen we dit gaan vertalen naar andere ziektes. Kanker bijvoorbeeld. Dit kan de gezondheidszorg flink gaan veranderen.”
