Kun je met nanorobots mensen opereren?

Dit artikel is tot stand gekomen in samenwerking met de Nationale Wetenschapsagenda.

Chirurgen opereren extra nauwkeurig dankzij operatierobots. Maar om bij de moeilijkst bereikbare lichaamsdelen te komen heb je véél kleinere robots nodig. Daaraan werkt hoogleraar operatierobotica Sarthak Misra van de Universiteit Twente en het Universitair Medisch Centrum Groningen.

Waarom hebben we piepkleine operatierobots nodig?

Hoogleraar robotica Sarthak Misra: ‘Omdat het heel ingrijpend is om te opereren in de moeilijk bereikbare delen van het lichaam, zoals de darmen, de hersenen en het hart. Mensen die een openhartoperatie nodig hebben, hebben vaak al een zwakke gezondheid. Als je dan het lichaam moet openmaken, maak je een heleboel rotzooi. Als we robotjes op nano- of microschaal kunnen maken, kunnen we ze aansturen om aders te ontstoppen, weefsel te onderzoeken of medicijnen op de juiste plek te brengen.’

Hoe zien deze minirobots die we nu hebben eruit?

‘Er zijn verschillende types. We hebben in Twente in 2014 MagnetoSperm ontwikkeld. Die is slechts zes keer groter dan een spermacel en heeft dezelfde vorm. Je kunt hem besturen met een magnetisch veld dat minder sterk is dan dat van een koelkastmagneet. Er zijn ook buisvormige types, en grijpertjes met zes armen. Ze zijn gemaakt van biologisch afbreekbaar materiaal, meestal gel. En ze zijn allemaal kleiner dan een halve millimeter.’

Nanorobots zien we nog niet in de operatiekamer. Wat kunnen ze nu wel?

‘We oefenen met besturing, bijvoorbeeld door een varkensbeen heen. We voorzien ze van een laagje medicijn, sturen ze naar de juiste plek en laten ze daar het middel afleveren. De aansturing wordt steeds beter. We kunnen met een magnetisch veld met verschillende sterktes meerdere robots tegelijk besturen.’

Hoe klein en hoe goed gaan nanorobots worden?

Er zijn al nanorobots van rond de honderd nanometer dik. Dat is een tienduizendste van een millimeter. Veel kleiner wordt het niet. Maar klein zijn is niet het enige dat telt. De komende jaren proberen we extra functies te geven, bijvoorbeeld betere klauwtjes en mesjes. En we willen ze voorzien van een krachtbron aan boord, zodat ze meer kracht hebben en langer kunnen bewegen. Waar we naartoe werken, is een zwerm nanorobots die tegelijk oplap- of schoonmaakwerk in het lichaam verrichten. Een stuk minder ingrijpend dan een operatie. Je zou ze gewoon kunnen inslikken, waarna ze naar de juiste plek gaan.

Kun je een orgaan 3D-printen?

Een andere medische techniek op het allerkleinste niveau kan leiden tot het 3D-printen van organen. Hele organen printen lukt nu nog niet, maar volgens biomedisch ingenieur Dan Jing Wu van de TU Eindhoven zijn de eerste stappen gezet om dit in de verre toekomst mogelijk te maken. ‘Wat we de afgelopen jaren hebben ontwikkeld, zijn speciale moleculen die dienen als bouwsteiger voor cellen. Het kweken van lichaamscellen gebeurt meestal op een plat plaatje. Dan krijg je een soort pannenkoek van biologisch materiaal, terwijl je ook de hoogte in wilt. Daar dienen deze ‘steigers’ voor. Lichaamscellen kunnen zich eraan hechten. Ze kunnen tevens signalen doorgeven, zodat de cellen zich ontwikkelen tot het juiste weefsel. En de ‘steiger’ breekt zichzelf weer af.’

Wu ontwikkelde een molecuul die als een bouwsteiger kan inkrimpen en uitzetten onder invloed van temperatuur. ‘Zo kunnen we biologische eigenschappen namaken in deze bouwsteigers, kijk bijvoorbeeld naar een kloppend hart.’ Een blokje lichaamscellen is natuurlijk nog geen werkend orgaan. Er moeten nog een hoop dingen worden ontdekt voordat we een werkend hart kunnen 3D-printen. Maar de beweegbare bouwsteiger van Wu is alvast een begin.