Oké, ik weet wat je waarschijnlijk denkt. We horen al jaren, misschien zelfs tientallen jaren, over het gebruik van kleine robots in de geneeskunde. En ze zijn er nog steeds niet. Waar zijn mijn medische microbots al?
Ze komen eraan, zegt Brad Nelson, werkzaam in de robotica bij ETH Zürich. Binnenkort beschikbaar. En ze kunnen een gamechanger zijn voor een aantal ernstige ziekten. In een perspectief gepubliceerd in Wetenschap Tegenwoordig beweren Nelson en zijn co-auteur Salvador Pané dat deze kleine machines kunnen helpen medicijnen precies daar af te leveren waar ze nodig zijn. Dit zou de toxiciteit helpen minimaliseren. “Dus we kunnen hogere doses gebruiken en misschien kunnen we de manier waarop we sommige van deze ziekten behandelen heroverwegen”, zegt Nelson.
Wat maakt Nelson optimistisch dat deze technologieën eraan komen? Sommige van dergelijke robots hebben hun weg gevonden van de laboratoriumbank naar grote dieren, waaronder varkens. Er zijn minstens vier startups die werken aan medische microrobots die ‘ongebonden’ door het lichaam kunnen reizen. Eén van hen, Bionaut, heeft eerder dit jaar 43 miljoen dollar opgehaald om zijn therapie in fase één-studies te brengen. Het geld zal worden gebruikt om apparaten ter grootte van de punt van een potlood te ontwikkelen, ontworpen om medicijnen af te leveren op de plaats van glioom-hersentumoren en om cysten te doorbreken die de stroom van ruggenmergvocht in de hersenen blokkeren, een symptoom van een zeldzame kinderziekte genaamd Dandy-Walker-syndroom.
‘Microrobot’ is een verzamelnaam voor robots die in grootte variëren van één micron (ongeveer een honderdste van de breedte van een mensenhaar) tot enkele millimeters. Als een robot heel klein is, kleiner dan een micron, is het een nanorobot. En hoewel het misschien verleidelijk is om ‘microbot’ te zeggen omdat het heel cool klinkt, is dat ‘meer een Hollywood-term’, zegt Nelson.
Microrobots kunnen bestaan uit synthetische materialen, biologische materialen (ze worden biologische robots of biobots genoemd) of beide (biohybride robots). Velen van hen, inclusief degene die Nelson ontwikkelt, bewegen dankzij magneten.
Maar anderen kunnen op eigen kracht verder gaan. Vorige week meldde een team van onderzoekers van Tufts en Harvard dat ze luchtpijpcellen in biobots hadden veranderd. De menselijke luchtpijp heeft beweeglijke trilharen binnenin om microben en vuil op te vangen. Maar deze onderzoekers moedigden tracheale cellen aan om een organoïde te vormen met cilia aan de buitenkant. Afhankelijk van hun vorm en dekking van de cilia konden de bots in rechte lijnen reizen, in cirkels draaien of bewegen. En – in een verrassende wending – toen de onderzoekers een metalen staaf over de laag levende neuronen krabden die in de schaal groeiden, overspoelden de biobots het gebied en veroorzaakten de groei van nieuwe neuronen. “Het is fascinerend en volkomen onverwacht dat de normale tracheale cellen van een patiënt, zonder hun DNA te wijzigen, zelfstandig kunnen bewegen en de groei van neuronen in het beschadigde gebied kunnen stimuleren”, zegt Michael Levin, een ingenieur bij Tufts die leiding gaf aan het onderzoek. werk, in een krantenbericht. “Nu kijken we hoe het genezingsmechanisme werkt en vragen we ons af wat deze constructies nog meer kunnen doen.”
Het potentiële nut van deze microrobots is enorm. “Veel mensen denken aan vaatziekten”, zegt Nelson. Microrobots kunnen worden geïnjecteerd en bloedstolsels in de hersenen oplossen om patiënten met een beroerte te behandelen. Of ze kunnen zwakke plekken in de bloedvaten in de hersenen versterken om te voorkomen dat ze barsten. Ze konden medicijnen op specifieke locaties afleveren. En dan zijn er nog de vreemdere apps. Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania hebben bots ontwikkeld waarvan ze hopen dat ze ooit je tandenborstel kunnen vervangen.
Andere teams werken aan bots die sperma nabootsen of ervan zijn gemaakt. Onderzoekers hebben koeiensperma ontwikkeld dat is bedekt met ijzeren nanodeeltjes, genaamd IRONSperm, dat zwemt met behulp van een roterend magnetisch veld; de hoop is dat ze kunnen worden gebruikt voor gerichte medicijnafgifte. Een team uit Duitsland werkt aan microrobots die helpen bij de bevruchting door zwak drijvend sperma aan de eicel af te geven. Hun systeem geeft zelfs medicijnen vrij om de harde schaal van het ei af te breken. Dezelfde groep beschreef onlangs ook hoe microrobots kunnen worden gebruikt bij IVF. Bij een typische IVF-procedure wordt een eicel buiten het lichaam bevrucht en wordt het resulterende embryo in de baarmoeder overgebracht. De procedure mislukt vaak. Maar als microbots het embryo terug zouden kunnen brengen naar de eileider of het endometrium, zou het embryo zich in meer natuurlijke omstandigheden kunnen ontwikkelen, wat de implantatiesnelheid zou kunnen verbeteren. Ze stellen zich microrobots voor die worden geleid door magnetische velden en die een embryo kunnen vangen of dragen, vrijgeven en vervolgens op natuurlijke wijze afbreken.