Hersentumoren bereiken met geluidsgolven

Onderwerp: Trilling en golf

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel over het gebruik van geluidsgolven bij de behandeling van tumoren. Op basis van artikelen in de media maakt Stichting Exaktueel opgaven die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Op 25 november 2025 schreef de Volkskrant over een technologie die een oplossing kan bieden voor een probleem dat de behandeling van veel hersenziekten belemmert:

“De bloedvaten van de hersenen en de cellen eromheen vormen een soort isolatielaag die het brein beschermt en maar zeer selectief moleculen doorlaat. Stoffen die mogelijk giftig zijn komen vaak niet of nauwelijks door die bloed-hersenbarrière heen. Dat geldt ook voor veel medicijnen”.

Zie ook onderstaande video van de Hersenstichting om beter te begrijpen wat de bloed-hersenbarrière is en waarom die het bereiken van de tumor met medicijnen zo moeilijk maakt:

Bij de technologie worden er microbellen, zeer kleine bellen, met een diameter tussen de 1 en 5 micrometer in het bloed van de patiënt gebracht. De bellen bestaan uit een gas omgeven door een dun beschermend laagje. De luchtbelletjes zijn ongeveer zo groot als rode bloedcellen.

a) Controleer dat door op internet op te zoeken hoe groot rode bloedcellen zijn. 

Op  Wikipedia vinden we dat rode bloedcellen schijfjes zijn met een diameter van 7,5 micrometer en een dikte van 2 micrometer. Dit komt aardig overeen met de gebruikte microbellen dus.

De patiënt wordt in een MRI-scanner geplaatst. De plek van de tumor wordt vervolgens uit verschillende richtingen bestraald met geluidsgolven met frequenties tussen de 200 en 500 kHz.

b) Leg uit wat de rol is van de MRI-scanner in dit proces.

Tumoren zijn zichtbaar in een MRI-scan. Met de MRI-scanner bepalen de artsen de plek van de tumor, zodat ze de geluidsgolven goed kunnen richten.

c) Geef twee redenen waarom er gekozen is voor een MRI-scan in plaats van een CT-scan.

1) Een CT-scan wordt vooral gebruikt om ‘harde’ weefsels zoals bot in beeld te brengen en is minder geschikt voor ‘zachte’ weefsels, zoals in de hersenen.

2) De CT-scan gebruikt röntgenstraling en dat resulteert in een hoge stralingsdosis. Deze wil je liever niet hebben bij gevoelig weefsel zoals de hersenen.

d) Zoek de gehoorgrenzen op van het menselijk gehoor en geef aan of het gebruikte geluid voor mensen hoorbaar is.

Een mens hoort geluid tussen de 20 Hz en 20 kHz. De frequentie van de gebruikte geluidsgolven ligt daar ruim boven. Het is dus niet hoorbaar (ultrasoon).

In het artikel staat vervolgens:

“Als die microbellen worden geraakt door geluidsgolven, gaan ze trillen en worden ze tegen de wand van de bloedvaten aangedrukt, verduidelijkt Dannis van Vuurden, kinderoncoloog bij het Prinses Máxima Centrum. ‘Ze masseren als het ware de bloedvatwand, waardoor die tijdelijk ontspant en er ruimte ontstaat tussen de cellen.’”

Doordat er ruimte ontstaat tussen de cellen (van de wand van het bloedvat) kan de medicatie makkelijker de bloed-hersenbarrière passeren. 

De frequentie van het geluid wordt afgestemd op de grootte van de gasbellen. Als de geluidsfrequentie past bij de grootte van de gasbellen, blijken de bellen harder te gaan trillen.

e) Geef de naam voor dit natuurkundig verschijnsel.

Resonantie.

Het artikel vervolgt:

“De deurtjes in de vaatwand blijven ongeveer tien uur openstaan, zegt Van Vuurden, en dat geeft het chemomedicijn de kans om vanuit het bloed het tumorweefsel te bereiken.”

De eerste resultaten met patiënten laten een verhoogde slaagkans zien. Er zijn diverse vervolgonderzoeken gepland om de techniek verder te onderzoeken, bij andere ziektes en bij het gebruik van andere medicatie. 

f) Waarom moet er uitgebreid onderzoek komen, terwijl de onderzoekers weten dat de methode om de bloed-hersenbarrière te openen, werkt?

Het openen van de barrière is een middel om de chemomedicijnen op de plek van de tumor te krijgen. Vervolgens moet onderzocht worden met welke medicijnen en met welke dosis de tumor het beste kan worden aangevallen. Daarnaast moet onderzocht worden of de behandeling geen onverwachte negatieve bijwerkingen heeft.