Islam Khalil, wetenschapper bij Robotica en Mechatronica van de Univeristeit Twente (UT), ontwikkelde samen met Michiel Warlé, chirurg en wetenschapper van het Radboudumc, microrobots die door bloedvaten kunnen reizen. Deze technologie zorgt voor een enorme verbetering in de behandeling van vaatziekten, zoals verstoppingen bij aderverkalking. Het opent zelfs deuren naar een betere behandeling van kanker.
DOOR: HANS WOLKERS
In de operatiekamer van het TechMed Centre (Universiteit Twente) ligt een afgesneden schaapskop in een plastic bakje op de operatietafel. Uit de nek steken met bloed gevulde slangen, die de hersenslagaders van een constante doorstroming voorzien. Onder leiding van Khalil analyseert het team via beeldschermen het 3D-vaatnetwerk van de hersenen, verkregen met een CT-scan. “Zo kunnen we de route van de microbot in kaart brengen,” legt hij uit.
Het experiment begint wanneer een teamlid een 2-3 millimeter grote microrobot, die op een schroefje lijkt, met een pincet in een slang plaatst. Een handmagneet stuurt de robot richting de slagaders; vervolgens neemt een robotarm met een krachtige magneet het over om de microbot dieper de hersenen in te geleiden. Via röntgenbeelden volgt het team nauwgezet zijn voortgang.
Toegankelijkheid verbeteren
Aandoeningen aan de bloedvaten zijn wereldwijd de belangrijkste doodsoorzaak en verantwoordelijk voor 13% van alle sterfgevallen. Behandeling van bijvoorbeeld hart- en herseninfarcten vereist precisie: een chirurg brengt handmatig een flexibele katheter in om een verstopping te verhelpen. Dit vraagt veel vaardigheid, maar de techniek kent beperkingen. Bij lange en flexibele katheters ontstaat wrijving, wat controle bemoeilijkt en schade kan veroorzaken. Bovendien zijn de kleinste vaten vaak moeilijk bereikbaar. Daarom zoeken artsen naar minder invasieve en effectievere behandelmethoden.
Een mogelijk alternatief is een draadloos, op afstand bestuurbaar microrobotje dat het vaatstelsel kan doorkruisen. Khalil en Warlé ontwikkelen zo’n schroefvormige microbot, voortgestuwd door externe magneten en zichtbaar via röntgenbeelden. “Onze bot beweegt als een propeller en kan met of tegen de bloedstroom in navigeren,” aldus Khalil. Dankzij volledige magnetische controle kunnen onderzoekers de bot draaien, keren en nauwkeurig positioneren. Bovendien maken ze gebruik van dierlijk weefsel uit het slachthuis, waardoor extra proefdieren niet nodig zijn.
Enorme impact
De microbot is eerst succesvol getest in kunstmatige slagaders om zijn voortbeweging en bestuurbaarheid met externe magneten te evalueren. Vervolgens voerden Khalil en Warlé proeven uit in een echte aorta en nierslagader. Daarbij werd een 2 millimeter grote bot via een aorta (8–12 mm) naar een nierslagader van slechts 4 millimeter geleid. Met behulp van röntgenbeelden konden ze de robot nauwkeurig volgen en effectief sturen naar de gewenste locatie. De potentiële toepassingen zijn veelbelovend. Volgens dokter Warlé kan de microbot een doorbraak betekenen in de behandeling van bloedstolsels, vooral in de hersenen en longen, waar conventionele katheters risico op weefselschade geven. Dankzij zijn kleine formaat kan de robot ook in de fijnste bloedvaten komen. Warlé denkt aan AI-ondersteunde navigatie, gebaseerd op CT-scans, en stelt voor om de bot uit te rusten met een parapluvormig vangmechanisme om stolsels te verwijderen en bloedvaten te openen.
Behandeling van kanker
Naast het verwijderen van bloedstolsels kunnen artsen de technologie ook toepassen voor het uiterst nauwkeurig toedienen van medicijnen, bijvoorbeeld bij de behandeling van kanker. Warlé: “We zouden een biologisch afbreekbare bot, uitgerust met radioactieve medicijnen tegen kanker, precies naar de tumor kunnen sturen.” Hetzelfde is mogelijk bij longembolieën, door een microbot met bloed oplossende medicatie in het bloedstolsel te plaatsen. Dit zal effectiever zijn en leiden tot aanzienlijk minder bijwerkingen. Ondertussen vordert het experiment op de kop van het schaap in de operatiekamer, ondanks een paar kleine problemen. Op het scherm lijkt de bot, zichtbaar als een klein zwart puntje, vast te zitten bij een vertakkend bloedvat. Maar door de magneet een paar keer over de microrobot heen te bewegen, komt hij snel los en is het probleem opgelost, waarna het zijn spannende reis in de hersenen van het schaap kan voortzetten.