Methoden in het Biomedisch Onderzoek
1. Inleiding en situering
Belang van methoden in het biomedisch onderzoek: fysiologische/pathologische vragen een oplossing kunnen
geven door bepaalde methoden (onderzoeken van het lichaam zelf als oplossing)
⇒ Biomedisch onderzoek focust op de mens
2. Biomedische vraagstelling en onderzoeksmethodiek
2.0 Inleiding
2.0.1 Vraagstelling
Fysiologische Hoe werkt het lichaam?
vraagstelling ● geheugen
● hoe ontstaat een hongersignaal
● stimuleren van spierontwikkeling
Pathologische Wat loopt er fout?
vraagstelling ● ontstaan van Alzheimer
● ontstaan van kanker
● suikerziekte
Vraagstelling ivm ● Organisme
niveaus v/h ● Weefsel
lichaam ● Cel
● Subcellulair
Vraagstelling ivm de ● Proefdieren
mens zelf of ● Laboratorium
modelorganismen ● Testpersonen
2.0.2 Soorten onderzoeken
Open exploratief Een antwoord zoeken zonder een specifieke richting te kiezen
onderzoek
Hypothese Een onderzoek waarbij we een hypothese testen
gedreven
onderzoek
Fundamenteel Gedetailleerd onderzoek van de moleculaire bestanddelen en processen in de cel en
onderzoek het organismen
Translationeel Het ‘vertalen’ van het fundamenteel onderzoek naar het klinisch onderzoek
onderzoek
Klinisch onderzoek = patiëntgericht onderzoek adhv PICO principe
● Optimaliseren diagnose
● Verbetering behandeling
● Nieuw geneesmiddel
PICO principe = Patiënt → Medicament wordt gegeven aan 400 jonge, gezonde personen als eerste
evidence-based testbeurt
medicine Intervention → Medicament wordt gegeven aan 600 patiënten
Controls → Grootschalig onderzoek naar de effectiviteit en veiligheid (3400 patiënten)
Outcome → Lange termijn effect + marketing (4300 patiënten)
1
,2.0.3 Analyses
In vivo Bepaling bij levende organismen
● Meting van lichaamstemperatuur
● Meting van bloeddruk
● Medische beeldvorming
Ex vivo Metingen op stalen van een organisme
● Immunohistochemie van biopt
In vitro Meting in een proefbuis
● Bepaling van DNA concentratie
In silico Analyses met een computer
● re-analyse genexpressie data
2.1 Twee grote klassen van methoden
Methoden voor Een meting
Analyse ● klinische analyses: hormonen, metabolieten
● Isolatie, meting, sequentiebepaling van DNA
● Analyse van processen: gentranscriptie
Methoden voor Verandering iets aan het organisme/proefmodel
Modulatie ● Behandeling met inhibitor
● Transfectie met plasmide vectoren
● Transgenese
● RNA interferentie
2.2 Selectie van de methode
Criteria ● Te meten variabele
● Vereiste precisie, detectielimiet
● Aantal stalen/waarden
● Beschikbaarheid apparatuur
● Veiligheidsrisico
● Vroegere/gepubliceerde ervaringen
Voorbeelden ● hoge vs. lage DNA concentratie
● DNA seq. van 1 gen of heel genoom
● Fluorimeter (DNA bepaling) beschikbaar?
● Budget
● Radioactiviteit, virussen
3. Studiemateriaal en staalbereiding
3.1 Humaan organisme
3.1.1 Staalbereidingen
Studies op het klinische testen Voordeel meest direct relevant in
organisme geneeskunde
Fysiologische urine, speeksel, bloed Nadeel beperkte mogelijkheden voor
vloeistoffen testing en modulatie
Weefselbiopten chirurgisch weefsel, Mogelijkheid van voor/na behandeling gezond/ziek
naaldbiopten resultaten
2
,3.1.2 Studietypes
Interventionele Onderzoek waarbij je iets toedient bij de patiënt zoals een vloeistof bij een MRI
studie
Niet-interventionel Observerend onderzoek
e studie
Prospectieve studie Toekomstgerichte studies zoals het geheugen doorheen de studiejaren
Retrospectieve Studies gericht naar het verleden bv. kindertijd vs studententijd
studie
Cross-sectionele Momentopname
studie
Longitudinale Studie waar we mensen opvolgen gedurende een langere periode
studie
3.1.3 Studie-ontwerp
Aandachtspunten ● Maximale voordelen voor patiënt/maatschappij, minimale risico’s
● Gezondheid en veiligheid van deelnemers
● Data-beheer/Data-management
○ GDPR: EU General Data Protection Regulation
○ Persoonlijke informatie (persoonlijke, medische, genetische)
○ Versleutelingen stalen en gegevens
■ Indentifyers een code geven voor pseudominiteit van de
patiënt
■ De informatie met codes weggooien = anonimiteit
3.1.4 Ethische goedkeuring bij onderzoek met mensen of menselijk
materiaal
Verklaring Helsinki ● alle ethische richtlijnen voor EU wetgeving
Goedkeuring nodig ● Ethische commisie UZ Leuven/ KU Leuven + Hoofdonderzoeker met ‘Good
van ... Clinical Practice Certificate’
Deelnemers ● De keuze vrijwillig maken
MOETEN … ● Geïnformeerd zijn over het onderzoek (wat, waarom, hoe etc)
● Een document schriftelijk handtekenen = ‘informed consent’
3.2 Modelsystemen
3.2.1 Celculturen
Telomeren ● Beschermingskap
● bestaat uit TTAGGG
● verkorten → verouderen en niet meer delen
Telomerase ● Enzym dat ervoor zorgt dat het kan verlengen → verder kopiëren
● komt zeer weinig voor: celdelingen kunnen minder lang doorgaan
3.2.2 Primaire celcultuur: rechtstreeks bereid uit weefsel/bloedcellen
Voordelen ● mogelijk voor vel celtypes
3
, ● ‘zuivere’ culturen of co-culturen van verschillende celtypes (cel-cel interacties)
● eigenschappen van oorspronkelijke cellen blijven deels bewaard
● mogelijkheid om te manipuleren (behandelen, stimuleren)
Nadelen ● slecht enkele celdelingen
● soms moeilijk om zuivere culturen op te zetten (variabel)
● genetische verschillen tussen individuen waarvan cellen afkomstig zijn
3.2.3 Geïmmortaliseerde cellijnen
Werkwijze ● primaire celcultuur behandelen met virus
○ bv. Epstein-Barr virus: veroorzaakt klierkoorts → doorgroeien zodat
ze ‘onsterfelijk’ maken
● primaire celcultuur behandelen met stukje vreemd DNA (transfectie,
transductie)
○ telomerase terug actief maken
○ veel celdelingen
○ veel experimenten op uitvoeren
Voordelen ● veel celdelingen
● meer experimenten toelaten
● stocks = ingevroren voor later gebruik
● transfectie/transductie mogelijk voor recombinante eiwitten
● kan ook als geïmmortaliseerde cellijn aangekocht worden
○ HEK293 cellen (human embryonic kidney) (geen niercellen! eerder
neuronen zenuwcellen)
○ CHO cellen (Chinese hamster ovary)
Nadelen ● Eigenschappen kunnen afwijken van primaire cellen
● eigenschappen kunnen veranderen door genetische wijzigingen door EBV dus
regelmatige opnieuw een lagere passage opstarten
● genetische verschillen tussen individuen van origine
3.2.4 Kankercellijn
Inleiding Afgenomen van een persoon van kanker, tumor
1-ste cellijn: baarmoederkanker, Henrietta Lacks
Voordelen ● veel telomerase in kankercel: goed doorkweken
● makkelijk beschikbaar/manipuleerbaar
● relatief goedkoop
● vele cellijnen kunnen ook opnieuw in vitro gekweekt worden als xenograft
Nadelen ● dikwijls afwijken van oorspronkelijk weefsel
● eigenschappen veranderen, dus regelmatig opnieuw
● dikwijls heterogeen → rekening mee houden in studie ontwerp
3.2.5 Stamcellen
Definities ● totipotent: kunnen leiden tot volledig organisme
● pluripotent: kunnen alle 3 kiemlagen vormen (endo-eso-ecto)
● multipotent: kunnen alle celtypes binnen 1 kiemlaag vormen
● oligopotent: kunnen enkele celtypes binnen 1 kiemlaag vormen
● unipotent: kan nog 1 celtype verder differentiëren
Type 1: Adulte ● Bron: bloed, beenmerg, vetweefsel, navelstrengbloed
stamcellen ● multipotent
(herstelsysteem ● veelzijdigheid afhankelijk van origine
4
1. Inleiding en situering
Belang van methoden in het biomedisch onderzoek: fysiologische/pathologische vragen een oplossing kunnen
geven door bepaalde methoden (onderzoeken van het lichaam zelf als oplossing)
⇒ Biomedisch onderzoek focust op de mens
2. Biomedische vraagstelling en onderzoeksmethodiek
2.0 Inleiding
2.0.1 Vraagstelling
Fysiologische Hoe werkt het lichaam?
vraagstelling ● geheugen
● hoe ontstaat een hongersignaal
● stimuleren van spierontwikkeling
Pathologische Wat loopt er fout?
vraagstelling ● ontstaan van Alzheimer
● ontstaan van kanker
● suikerziekte
Vraagstelling ivm ● Organisme
niveaus v/h ● Weefsel
lichaam ● Cel
● Subcellulair
Vraagstelling ivm de ● Proefdieren
mens zelf of ● Laboratorium
modelorganismen ● Testpersonen
2.0.2 Soorten onderzoeken
Open exploratief Een antwoord zoeken zonder een specifieke richting te kiezen
onderzoek
Hypothese Een onderzoek waarbij we een hypothese testen
gedreven
onderzoek
Fundamenteel Gedetailleerd onderzoek van de moleculaire bestanddelen en processen in de cel en
onderzoek het organismen
Translationeel Het ‘vertalen’ van het fundamenteel onderzoek naar het klinisch onderzoek
onderzoek
Klinisch onderzoek = patiëntgericht onderzoek adhv PICO principe
● Optimaliseren diagnose
● Verbetering behandeling
● Nieuw geneesmiddel
PICO principe = Patiënt → Medicament wordt gegeven aan 400 jonge, gezonde personen als eerste
evidence-based testbeurt
medicine Intervention → Medicament wordt gegeven aan 600 patiënten
Controls → Grootschalig onderzoek naar de effectiviteit en veiligheid (3400 patiënten)
Outcome → Lange termijn effect + marketing (4300 patiënten)
1
,2.0.3 Analyses
In vivo Bepaling bij levende organismen
● Meting van lichaamstemperatuur
● Meting van bloeddruk
● Medische beeldvorming
Ex vivo Metingen op stalen van een organisme
● Immunohistochemie van biopt
In vitro Meting in een proefbuis
● Bepaling van DNA concentratie
In silico Analyses met een computer
● re-analyse genexpressie data
2.1 Twee grote klassen van methoden
Methoden voor Een meting
Analyse ● klinische analyses: hormonen, metabolieten
● Isolatie, meting, sequentiebepaling van DNA
● Analyse van processen: gentranscriptie
Methoden voor Verandering iets aan het organisme/proefmodel
Modulatie ● Behandeling met inhibitor
● Transfectie met plasmide vectoren
● Transgenese
● RNA interferentie
2.2 Selectie van de methode
Criteria ● Te meten variabele
● Vereiste precisie, detectielimiet
● Aantal stalen/waarden
● Beschikbaarheid apparatuur
● Veiligheidsrisico
● Vroegere/gepubliceerde ervaringen
Voorbeelden ● hoge vs. lage DNA concentratie
● DNA seq. van 1 gen of heel genoom
● Fluorimeter (DNA bepaling) beschikbaar?
● Budget
● Radioactiviteit, virussen
3. Studiemateriaal en staalbereiding
3.1 Humaan organisme
3.1.1 Staalbereidingen
Studies op het klinische testen Voordeel meest direct relevant in
organisme geneeskunde
Fysiologische urine, speeksel, bloed Nadeel beperkte mogelijkheden voor
vloeistoffen testing en modulatie
Weefselbiopten chirurgisch weefsel, Mogelijkheid van voor/na behandeling gezond/ziek
naaldbiopten resultaten
2
,3.1.2 Studietypes
Interventionele Onderzoek waarbij je iets toedient bij de patiënt zoals een vloeistof bij een MRI
studie
Niet-interventionel Observerend onderzoek
e studie
Prospectieve studie Toekomstgerichte studies zoals het geheugen doorheen de studiejaren
Retrospectieve Studies gericht naar het verleden bv. kindertijd vs studententijd
studie
Cross-sectionele Momentopname
studie
Longitudinale Studie waar we mensen opvolgen gedurende een langere periode
studie
3.1.3 Studie-ontwerp
Aandachtspunten ● Maximale voordelen voor patiënt/maatschappij, minimale risico’s
● Gezondheid en veiligheid van deelnemers
● Data-beheer/Data-management
○ GDPR: EU General Data Protection Regulation
○ Persoonlijke informatie (persoonlijke, medische, genetische)
○ Versleutelingen stalen en gegevens
■ Indentifyers een code geven voor pseudominiteit van de
patiënt
■ De informatie met codes weggooien = anonimiteit
3.1.4 Ethische goedkeuring bij onderzoek met mensen of menselijk
materiaal
Verklaring Helsinki ● alle ethische richtlijnen voor EU wetgeving
Goedkeuring nodig ● Ethische commisie UZ Leuven/ KU Leuven + Hoofdonderzoeker met ‘Good
van ... Clinical Practice Certificate’
Deelnemers ● De keuze vrijwillig maken
MOETEN … ● Geïnformeerd zijn over het onderzoek (wat, waarom, hoe etc)
● Een document schriftelijk handtekenen = ‘informed consent’
3.2 Modelsystemen
3.2.1 Celculturen
Telomeren ● Beschermingskap
● bestaat uit TTAGGG
● verkorten → verouderen en niet meer delen
Telomerase ● Enzym dat ervoor zorgt dat het kan verlengen → verder kopiëren
● komt zeer weinig voor: celdelingen kunnen minder lang doorgaan
3.2.2 Primaire celcultuur: rechtstreeks bereid uit weefsel/bloedcellen
Voordelen ● mogelijk voor vel celtypes
3
, ● ‘zuivere’ culturen of co-culturen van verschillende celtypes (cel-cel interacties)
● eigenschappen van oorspronkelijke cellen blijven deels bewaard
● mogelijkheid om te manipuleren (behandelen, stimuleren)
Nadelen ● slecht enkele celdelingen
● soms moeilijk om zuivere culturen op te zetten (variabel)
● genetische verschillen tussen individuen waarvan cellen afkomstig zijn
3.2.3 Geïmmortaliseerde cellijnen
Werkwijze ● primaire celcultuur behandelen met virus
○ bv. Epstein-Barr virus: veroorzaakt klierkoorts → doorgroeien zodat
ze ‘onsterfelijk’ maken
● primaire celcultuur behandelen met stukje vreemd DNA (transfectie,
transductie)
○ telomerase terug actief maken
○ veel celdelingen
○ veel experimenten op uitvoeren
Voordelen ● veel celdelingen
● meer experimenten toelaten
● stocks = ingevroren voor later gebruik
● transfectie/transductie mogelijk voor recombinante eiwitten
● kan ook als geïmmortaliseerde cellijn aangekocht worden
○ HEK293 cellen (human embryonic kidney) (geen niercellen! eerder
neuronen zenuwcellen)
○ CHO cellen (Chinese hamster ovary)
Nadelen ● Eigenschappen kunnen afwijken van primaire cellen
● eigenschappen kunnen veranderen door genetische wijzigingen door EBV dus
regelmatige opnieuw een lagere passage opstarten
● genetische verschillen tussen individuen van origine
3.2.4 Kankercellijn
Inleiding Afgenomen van een persoon van kanker, tumor
1-ste cellijn: baarmoederkanker, Henrietta Lacks
Voordelen ● veel telomerase in kankercel: goed doorkweken
● makkelijk beschikbaar/manipuleerbaar
● relatief goedkoop
● vele cellijnen kunnen ook opnieuw in vitro gekweekt worden als xenograft
Nadelen ● dikwijls afwijken van oorspronkelijk weefsel
● eigenschappen veranderen, dus regelmatig opnieuw
● dikwijls heterogeen → rekening mee houden in studie ontwerp
3.2.5 Stamcellen
Definities ● totipotent: kunnen leiden tot volledig organisme
● pluripotent: kunnen alle 3 kiemlagen vormen (endo-eso-ecto)
● multipotent: kunnen alle celtypes binnen 1 kiemlaag vormen
● oligopotent: kunnen enkele celtypes binnen 1 kiemlaag vormen
● unipotent: kan nog 1 celtype verder differentiëren
Type 1: Adulte ● Bron: bloed, beenmerg, vetweefsel, navelstrengbloed
stamcellen ● multipotent
(herstelsysteem ● veelzijdigheid afhankelijk van origine
4
