13/12/2023
Door Ad Spijkers
Nederlandse onderzoekers laten draadloze millirobots in beide richtingen door een smal bloedvat navigeren.
Met behulp van een robotisch gestuurde roterende magneet stuurden onderzoekers van Universiteit Twente en het Radboudumc schroefvormige robotjes door een losgemaakte aorta met nieren. Met behulp van een draaiende magneet stuurden ze de robotjes door de slagaders. De onderzoekers ontvingen een subsidie van Health Holland om de technologie verder te ontwikkelen voor het verwijderen van bloedproppen.
Bloedstolsels
Elk jaar sterft wereldwijd één op de vier mensen aan aandoeningen die worden veroorzaakt door bloedstolsels. Een bloedstolsel blokkeert een bloedvat waardoor het bloed geen zuurstof meer kan leveren aan bepaalde delen van het lichaam. Chirurgen gebruiken nu nog flexibele instrumenten om de bloedprop te verwijderen en het bloed weer te laten stromen, maar sommige delen van het lichaam zijn moeilijk te bereiken. Met hun kleine formaat kunnen de kleine robots deze plekken wel bereiken.
De onderzoekers toonden aan dat millirobots door bloedvaten kunnen reizen. Om dat te doen, moesten de onderzoekers een aantal uitdagingen overwinnen. De millirobots moeten krachtig genoeg zijn om door de bloedstroom te komen, en ze moeten zowel tegen de stroom in als met de stroom mee kunnen zwemmen. Ook moeten ze nauwkeurig worden bestuurd en gelokaliseerd. Om de bloedvaten niet te beschadigen, moeten ze biocompatibel zijn. Voor hun experiment gebruikten de onderzoekers een echte aorta en nieren. Dit vereiste een interdisciplinaire aanpak en samenwerking tussen veel verschillende afdelingen.
Met precisie bestuurd
Voor het experiment gebruikten de onderzoekers een draaiende magneet, bestuurd door een robotarm, om de millirobots draadloos door het bloedvat te sturen. Met een röntgenapparaat lokaliseerden ze de apparaatjes terwijl deze door de aorta zwommen. De onderzoekers gebruikten een maximale bloedstroom in de aorta van 120 dm3/min. Maar met een sterkere magneet kunnen de millirobots door een sterkere stroming zwemmen. De millirobots zwommen stabiele rechte stukken met de stroom mee en tegen de stroom in. Dat lukte met één, maar ook met meerdere robots tegelijk.
De robots zelf zijn 3D-geprinte, schroefvormige objecten met een kleine permanente magneet erin. Deze magneet van slechts 1 mm lang en 1 mm in diameter plaatsten de onderzoekers zo, dat de 'schroef' in beide richtingen kan draaien. Dit maakt het mogelijk om tegen de stroom in te zwemmen en vervolgens om te draaien en terug te zwemmen. Het kleine formaat maakt het mogelijk om meerdere robots tegelijk te gebruiken. De schroefvorm maakt het mogelijk om door een bloedstolsel heen te boren.
Potentie
Deze millirobots hebben een grote potentie in de vaatchirurgie. Momenteel gebruiken vaatchirurgen bloedverdunners en flexibele instrumenten, maar een millirobot kan naar moeilijk bereikbare slagaders zwemmen. Daarvoor zijn slechts minimale incisies nodig om ze in te brengen. In een nieuwe samenwerking met Radboudumc en Triticum Medical in Ramat Hasharon (bij Tel Aviv) gaan de onderzoekers in Twente de millirobots verder ontwikkelen zodat ze draadloos bloedstolsels kunnen verwijderen. Het consortium onderzoekt manieren om deze technologie te exploiteren en zo de gezamenlijke groei in medische robotica en technische geneeskunde te versterken.
Behalve voor het verwijderen van bloedstolsels zijn nog andere toepassingen denkbaar. De robots kunnen medicijnen afleveren op specifieke plaatsen in het lichaam waar het medicijn het meest nodig is. Op die manier hebben zijn er minimale bijwerkingen in de rest van het lichaam.
Foto: Universiteit Twente