Het onderzoek van het Duitse Max-Planck instituut voor Intelligente Systemen (MPI-IS) heeft wat weg van films als Innerspace en de SF-klassieker (naar een boek van Isaac Asimov) Fantastic Voyage, waarin wetenschappers aan boord van een minuscule capsule een reis maken door het menselijk lichaam om een hersentumor weg te halen.
Het MPI-IS heeft net als in die films een microrobot ontwikkeld die qua omvang, vorm en bewegelijkheid lijkt op een witte bloedlichaampje of leukocyt. De microrobot moet het volgens de onderzoekers in de toekomst makkelijker maken om heel gericht medicijnen naar die plekken in het lichaam te brengen waar ze het hardst nodig zijn. In het onderzoek van MPI-IS gaat het om kankercellen. De studieresultaten zijn woensdag gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Science Robotics.
De microrobot is volgens de onderzoekers in het laboratorium getest in een kunstmatig bloedvat waar deze te maken kreeg met ongeveer dezelfde hindernissen als in een echt menselijk lichaam. Net als een leukocyt beweegt de robot zich rollend voort, de onderzoekers noemen het daarom ook wel een microroller, die zijn energie haalt uit kleine magnetische spoelen.
Rollend langs de wand van een bloedvat
Witte bloedcellen dienden zoals gezegd als inspiratie omdat zij de enige mobiele cellen in de bloedstroom zijn. Op hun patrouille naar plaatsen waar ziekteverwekkers zijn binnengedrongen, rollen de witte bloedcellen langs de binnenwand van de bloedvaten en komen eruit als ze bijvoorbeeld bij een wond aankomen. Dat ze kunnen bewegen is vooral te danken aan de veel lagere stroomsnelheid langs de binnenwanden van de bloedvaten. De onderzoekers hebben van dit fenomeen gebruikgemaakt bij hun robot.
“Onze doelstelling is om de volgende generatie van transportmiddelen te creëren voor minimaal invasieve, doelgerichte medicijnafgifte waarbij we nog verder in het lichaam doordringen”, zegt Metin Sitti, directeur van de afdeling fysieke intelligentie bij MPI-IS en medeauteur van de studie.
Acht micrometer
Elke microrobot heeft een diameter van bijna acht micrometer en bestaat uit kleine glasdeeltjes. De ene kant is bedekt met een dun laagje nikkel en goud, de andere kant is bedekt met kankermedicijnen en speciale moleculen die kankercellen kunnen detecteren.
“Met behulp van magnetische velden kunnen onze microrobots stroomopwaarts door een gesimuleerd bloedvat navigeren, wat een uitdaging is vanwege de sterke bloedstroom en het dichte cellulaire milieu. Geen enkele microrobot is ooit in staat geweest om een dergelijke stroom te weerstaan. Maar we hebben het gedaan! Bovendien kunnen onze robots zelfstandig cellen herkennen die voor hen interessant zijn, zoals kankercellen. Ze kunnen dit doen omdat we ze hebben gecoat met antilichamen. Ze kunnen dan de medicijnen vrijgeven tijdens het rijden”, zegt mede-onderzoeker Yunus Alapan.
In het laboratorium kan de microrobot volgens hem een snelheid bereiken tot 600 micrometer per seconde. Dat is ongeveer 76 lichaamslengtes per seconde, waardoor het de snelste magnetische microrobot van dit formaat is.
Zwermen van nanorobots
Dat klinkt allemaal fantastisch, maar volgens Max-Planck mag er ook nog niet te vroeg worden gejuicht. Ten eerste is een echt lichaam iets anders dan een nagebouwde bloedsomloop in het laboratorium. Daarnaast kan de robot maar een beperkte hoeveelheid medicijn met zich meenemen. In de toekomst is het daarom de bedoeling dat de microrobots in zwermen erop uit trekken om hun vracht af te leveren op de juiste plek.
De belangrijkste inspiratiebron voor de onderzoekers waren overigens niet de films Innerspace en Fantastic Voyage, maar een wereldberoemde lezing van Nobelprijswinnaar Richard Feynman met de titel “There‘s Plenty of Room at the Bottom“ uit 1959.
