25/10/2024
Door Ad Spijkers
Wetenschappers uit Singapore ontwikkelen zachte robots ter grootte van een korrel voor gerichte toediening van medicijnen.
Traditionele methoden voor medicijntoediening, zoals orale toediening en injecties, lijken relatief inefficiënt in vergelijking met het sturen van een kleine robot door het lichaam om het medicijn precies daar af te leveren waar het nodig is.
Vier medicijnen
Een team wetenschappers van de Nanyang Technological University Singapore (NTU) heeft zachte robots ter grootte van een korrel ontwikkeld. Ze kunnen worden aangestuurd door magnetische velden voor gerichte toediening van medicijnen, wat de weg vrijmaakt voor mogelijke verbeterde therapieën in de toekomst. De miniatuurrobots kunnen maximaal vier verschillende medicijnen vervoeren en in herprogrammeerbare volgordes en doseringen vrijgeven.
Eerdere kleinschalige robots kunnen slechts maximaal drie soorten medicijnen vervoeren en kunnen niet worden geprogrammeerd voor afgifte in volgorde. De nieuw ontwikkelde miniatuurrobots daarentegen bieden precisiefuncties die het potentieel hebben om therapeutische resultaten aanzienlijk te verbeteren en tegelijkertijd de bijwerkingen te minimaliseren, aldus het onderzoeksteam.
Herprogrammeerbaar
De onderzoekers hebben al eerder magnetisch aangestuurde miniatuurrobots ontwikkeld die complexe manoeuvres kunnen uitvoeren, zoals 'zwemmen' door krappe ruimtes en het vastpakken van kleine voorwerpen. Het team was geïnspireerd door de film 'Fantastic Voyage' uit de jaren zestig, waarin een bemanning van een onderzeeër werd gekrompen tot de grootte van een cel om schade in de hersenen van een gewonde wetenschapper te herstellen.
De robot ter grootte van een korrel is gemaakt met behulp van slimme magnetische composietmaterialen (magnetische microdeeltjes en polymeer) die niet giftig zijn voor mensen. Bestaande miniatuurrobots kunnen hun oriëntatie niet nauwkeurig regelen. De nieuw ontwikkelde zachte robot is behendig: hij rolt en kruipt snel om obstakels te omzeilen. Die behendigheid biedt een groot potentieel voor het navigeren door complexe, ongestructureerde omgevingen in het menselijk lichaam.
Experimenten
In laboratoriumexperimenten voerde de robot taken uit in water die de omstandigheden in het menselijk lichaam nabootsten. Hij werd eerst op een oppervlak geplaatst dat was verdeeld in vier secties. Het lukte hem om met snelheden tussen 0,30 mm/s en 16,5 mm/s naar elke sectie te bewegen en in elke sectie een ander medicijn af te geven. Dit toont aan dat hij meerdere medicijnen kan vervoeren en kan worden geprogrammeerd voor hun afgifte op een gecontroleerde manier.
In een ander experiment testten onderzoekers het vermogen van de robot om medicijnen af te geven in meer uitdagende omgevingen door een dikkere vloeistof te gebruiken. De resultaten toonden aan dat de robot door de omgeving kon navigeren en voldoende medicijnen kon afgeven gedurende acht uur.
Bovendien vertoonde de robot na acht uur continue beweging minimale medicijnlekkage. Dit maakt de zachte robot een goede kandidaat voor behandelingen waarbij de nauwkeurige toediening van meerdere medicijnen op verschillende tijdstippen en locaties vereist is.
Mogelijkheden
De bevindingen laten zien dat de zachte robot mogelijk een sleutelrol kan spelen in de toekomst van gerichte medicijnafgifte. Dit geldt met name bij behandelingen zoals kankertherapieën die nauwkeurige controle over meerdere medicijnen nodig hebben.
Artsen die minimaal invasieve procedures uitvoeren, gebruiken momenteel een katheter en een draad om door bloedvaten te bewegen om problemen te behandelen. Maar naar verwachting zal het niet lang meer duren voordat dit wordt vervangen door kleine robots. Deze kunnen autonoom door het lichaam zwemmen en plekken bereiken waar artsen met hun hulpmiddelen niet kunnen komen. Deze robots zouden op hun plaats kunnen blijven en na verloop van tijd medicatie kunnen afgeven. Dat zou veiliger zijn dan een katheter of stent lange tijd in het lichaam te laten zitten.
Het onderzoeksteam wil zijn robots nu nog kleiner maken, zodat ze uiteindelijk kunnen worden gebruikt om voor de behandeling van aandoeningen zoals hersentumoren, blaaskanker en colorectale kanker. Voordat deze kleine robots worden ingezet voor dergelijke medische behandelingen, willen de onderzoekers hun prestaties verder evalueren met orgaan-op-chip-apparaten en diermodellen.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: NTU Singapore