Minuscule robots moeten medicijnen rechtstreeks naar het hart brengen
Onderzoekers van de Johns Hopkins University hebben twee millimetergrote robots ontwikkeld die samen medicijnen naar moeilijk bereikbare plekken in het lichaam moeten transporteren. Eerste laboratoriumtests laten zien hoe de techniek in de toekomst zou kunnen helpen bij hartinfecties.
Een infectie van de binnenwand van het hart, endocarditis genaamd, is moeilijk te behandelen. Patiënten krijgen vaak gedurende meerdere weken antibiotica toegediend. De medicijnen bereiken het hart via de bloedbaan, maar bereiken de infectiehaard soms slechts in een lage concentratie. In ernstige gevallen moeten artsen opereren. Een onderzoeksteam van de Johns Hopkins University in de VS werkt daarom aan een gerichtere behandeling.
Twee robots werken samen
De onderzoekers hebben hiervoor twee magnetische millirobots ontwikkeld. Ze zijn ongeveer zo breed als een potloodpunt en zo lang als een rijstkorrel. Elk neemt een eigen taak op zich.
De eerste robot heeft een kleine naald met weerhaken. Hiermee moet hij zich direct in het geïnfecteerde hartweefsel verankeren. Vervolgens dient hij als dockingstation voor de tweede robot. Deze transporteert het medicijn naar de infectiehaard, verbindt zich magnetisch met het station en geeft de inhoud langzaam af.
Het systeem staat ook toe dat medicijnen meerdere keren worden toegediend. Terwijl de eerste robot in het weefsel verankerd blijft, kan een nieuwe medicatiemodule zijn plaats innemen. De onderzoekers willen zo herhaaldelijk werkzame stoffen op dezelfde plek afgeven, zonder elke keer een nieuwe verankering te hoeven plaatsen.
Magnetische velden nemen de besturing over
De robots hebben geen batterijen of eigen motoren. In plaats daarvan genereert een extern spoelsysteem elektromagnetische velden die hun bewegingen aansturen. Het principe lijkt op de magneetveldtechniek van een MRI-scanner.
In de laboratoriumexperimenten gebruikte het onderzoeksteam bovendien AI-ondersteunde beeldverwerking. Deze registreert de positie van de robots en ondersteunt hun automatische navigatie. Op deze manier kunnen de kleine apparaten zich langs vooraf bepaalde paden bewegen.
Eerste tests laten zien wat de robots kunnen
Voor hun experimenten gebruikten de onderzoekers kunstmatige hartmodellen met een pulserende vloeistofstroom. Deze moest de stromingsomstandigheden in het hart nabootsen. De robots konden zich daarbij ook tegen de gesimuleerde bloedstroom in bewegen.
Verdere tests vonden plaats op verwijderd varkenshartweefsel. Daarbij onderzocht het team onder andere hoe de robots zich kunnen verankeren en weer van elkaar kunnen loskoppelen.
De resultaten werden door het onderzoeksteam gepubliceerd in het vakblad «Advanced Materials Technologies». Onder de geteste omstandigheden slaagde het magnetisch docken in alle experimenten. Bij het loskoppelen van de verbinding bereikten de onderzoekers een succespercentage van 93 procent.
Ook de toediening van medicijnen werd onderzocht. Eén module kon 22 microliter vloeistof, oftewel 0,022 milliliter, over een periode van drie uur vrijgeven. Of deze hoeveelheid voldoende is voor een effectieve behandeling, moet verder onderzoek uitwijzen.
De weg naar gebruik bij mensen is nog lang
De onderzoekers hebben grote verwachtingen van de techniek. Op de lange termijn zou deze de behandeling van endocarditis aanzienlijk kunnen verkorten en mogelijk bepaalde openhartoperaties kunnen voorkomen.
Bhattacharjee acht ingrepen van tien minuten tot een uur denkbaar. Tot nu toe hebben patiënten vaak vier tot zes weken antibiotica nodig. Dat zijn echter toekomstverwachtingen. De experimenten tot nu toe vonden uitsluitend plaats op kunstmatige modellen en verwijderd weefsel. Of de techniek ook in een levend, kloppend hart betrouwbaar werkt en infecties kan bestrijden, moet uit verder onderzoek blijken.
Als volgende stap wil het team realistischere hartmodellen ontwikkelen die ook de spierbewegingen van een echte hartslag nabootsen. Later zouden de robots mogelijk ook medicijnen naar moeilijk bereikbare tumoren kunnen transporteren.
Mijn interesses zijn gevarieerd, ik geniet gewoon graag van het leven. Altijd op zoek naar nieuws over darten, gamen, films en series.
Van de nieuwe iPhone tot de wederopstanding van de mode uit de jaren 80. De redactie categoriseert.
Alles tonen
