Deze kleine robots brengen medicijnen precies op de juiste plek in het lichaam

Met biocompatibele minirobots kan chemotherapie veel efficiënter worden toegepast.
06 januari 2017, 10:58am
Een implanteerbaar hydrogel maltezerkruismechanisme maakt gebruik van een gemotoriseerde magneet om zelfstandig te bewegen. Beeld: Sau Yin Chin

Als je ooit iemand hebt gezien die een chemotherapie onderging, dan weet je wat voor gruwelijk proces het is. Maar nieuw onderzoek naar kleine, 3D-geprinte en geleiachtige robots kan een alternatief bieden voor het vergiftigen van het lichaam: een manier om de kanker direct aan te pakken. Het is een spannende ontwikkeling die de mogelijkheden van robots aantoont om automatisch te functioneren en medicijnen preciezer af te leveren dan de huidige methoden.

Samuel Sia en zijn collega's aan de Columbia Universiteit wilden een implanteerbaar apparaat maken dat volledig biocompatibel is – dus gemaakt van materiaal dat levend weefsel niet ontwricht of beschadigd. Dit blijkt uit het onderzoek dat deze week werd gepubliceerd in Science Robotics. Ze besloten om hydrogels te gebruiken, een synthetisch materiaal met een hoog watergehalte dat kan worden aangepast om zo zacht te worden als menselijk weefsel of zo stram als rubber. Dit soort apparaten zijn eerder gemaakt, maar die bestonden meestal ook uit niet-biocompatibele onderdelen, zoals batterijen, om het geheel te laten werken. Daarmee onderscheiden deze kleine robots zich van hun voorgangers: zij zijn wel volledig biocompatibel en zelfvoorzienend, en hebben geen batterijen nodig.

Eerst moesten de onderzoekers een productiemethode bedenken. Daarom bouwden ze een speciale 3D printer die makkelijk lagen van hydrogels op kan bouwen om de kleine robots te maken. Een normale 3D printer zou er namelijk uren over doen om een soortgelijk apparaat te maken, omdat het nogal lastig is om met de waterige hydrogel te werken. De hydrogelprinter kan het complexe mechanisme daarentegen in slechts 30 minuten maken.

Ze maakten verschillende ontwerpen maar degene die ze het meest testten was de hydrogel maltezerkruismechanisme: een bepaald soort tandwiel dat precies een aantal graden tikt en doorgaans wordt gebruikt in horloges:

In plaats van een batterijmotor wordt het apparaat geactiveerd door een magneet op de huid, er zit namelijk een kleine hoeveelheid ijzer in het centrum van het mechanisme. Het idee hierachter is dat een dokter het apparaat precies kan implanteren op de plaats waar een patiënt het medicijn nodig heeft, terwijl er geen dosis vrij komt totdat de dokter of patiënt het apparaatje activeert met een magneet.

Om te testen of dit proces uitvoerbaar is in een levend wezen, hebben de onderzoekers het maltezerkruismechanisme gevuld met een kleine dosis aan doxorubicin – een medicijn dat bij chemotherapie wordt gebruikt tegen botkanker – en ingebracht bij een labmuis met botkankertumoren. Vervolgens vergeleken ze de resultaten met een muis die een chemotherapie had ondergaan. Hieruit bleek dat het maltezerkruismechanisme effectiever was in het remmen van de groei van de tumor, het doden van tumorcellen, en minder schade toebracht aan gezonde cellen.

Hoewel het tot nu toe alleen maar bij muizen is getest, stipt het onderzoek van Sia een aantal opwindende vooruitgangen aan. Van de snelle 3D-printtechniek tot het volledig biocompatibele apparaat: het onderzoek kan deuren openen voor allerlei andere medische apparaten. Het team van Sia schrijft dat het apparaat zelfs afbreekbaar kan worden, waardoor een dokter het niet uit het lichaam hoeft te halen na de behandeling: de robot kan gewoon oplossen.

De geleiachtige robot zou in ieder geval een grote vooruitgang zijn, als je het vergelijkt met de manier waarop we patiënten nu onderdompelen met chemotherapie.