18/09/2022
Door Ad Spijkers
Zwemmende kleine robots kunnen nieuwe manieren bieden om kankermedicijnen precies daar af te leveren waar ze het meest nodig zijn, waardoor nieuwe behandelingen mogelijk worden.
Tania Patiño Padial begon bij het Institute for Bio Engineering of Catalonia (IBEC) in Barcelona te werken aan micro- en nano-robots die kunnen zwemmen. Deze kunnen worden gebruikt voor gerichte medicijnafgifte bij mensen. Ze zet haar onderzoek nu voort als universitair docent bij het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen (ICMS) aan de TU Eindhoven. Volgens haar ligt de crux in multidisciplinaire communicatie. Het robotontwerp en de beweging zijn fysica, het brandstofsysteem is chemie, de biocompatibiliteit en targeting zijn microbiologie en de medicijnafgifte is farmacologie."
Enzymen
Enzymen zijn natuurlijke katalysatoren die actieve beweging kunnen genereren door chemische energie om te zetten in beweging. De selectie van het juiste enzym voor een specifiek doel is verre van triviaal. Een platinacoating kan bijvoorbeeld worden gebruikt als anorganische katalysator voor een reactie die wordt gevoed door waterstofperoxide. Er ontstaan belletjes die het apparaat in beweging zetten.
Bij IBEC heeft Patiño Padial dit enzymatische transportsysteem uitgerust met het enzym urease, dat de hydrolyse van ureum tot ammoniak en koolstofdioxide katalyseert. Het was de ideale set-up tegen blaaskanker, omdat de blaas kan fungeren als een gigantische brandstoftank voor het apparaat. De onderzoekers injecteerden het complex in de blaas van muizen en volgden de functionaliteit via medische beeldvorming. De directionaliteit bleek een uitdaging. Bovendien zullen de meeste toepassingen niet in de blaas zitten, maar in de bloedbaan. Het was een mooie proof on concept, maar er waren genoeg resterende uitdagingen.
Integratie van functionaliteiten
Aan de Universiteit van Rome werkte Patiño Padial vervolgens aan DNA als nanomateriaal. "Het is fijn materiaal om mee te spelen", zegt ze. Ze streefde naar een geoptimaliseerde vorm en meer gecontroleerd ontwerp van de nanobots. Haar plannen bij ICMS gaan in dezelfde richting: synthetisch DNA gebruiken zoals Lego. Ze zou dat kunnen gebruiken om de locatie van de herkennings-, brandstof- en bewegingsonderdelen te optimaliseren. De sleutel om de huidige uitdagingen te overwinnen, is om meerdere functionaliteiten te integreren door middel van immuno- en weefsel-engineering en computationele modellering.
Zo moet de 'nano-onderzeeër' bijvoorbeeld immuuncellen kunnen herkennen en activeren tegen kanker. 3D-celkweekstudies en muizenmodellen moeten uiteindelijk leiden tot een robot die dat ook echt bij mensen doet. De complementaire vaardigheden van andere groepen bij ICMS en met de links naar het Radboud UMC in Nijmegen creëren de juiste omgeving voor dit soort onderzoek.
Foto: Leonie Voets