- Onderzoekers ontwikkelen armprotheses met gevoel
- Nieuwe responsieve kunstbenen maken natuurlijk bewegen mogelijk
- Exoskeletten bieden mensen met een beperking meer zelfstandigheid
- Dankzij geavanceerde glucosemeters kun je diabetes nu beter managen
- Slimme wearable kan angst en depressie bij kinderen detecteren
- Kunnen we verslaving behandelen met slimme algoritmen?
- Kan nanotechnologie dodelijke ziektes op celniveau genezen?
- Injectie met nieuwe genetische code kan zieke organen genezen
- Door een antilichaam met chemotherapie mee te sturen kunnen we kankercellen in vetcellen omzetten
- Slimme pillen monitoren onze gezondheid en zorgen voor medicijnafgifte
- Regelgeving en andere hindernissen
- Technologische vooruitgang werpt ook in de geneeskunde uiteindelijk zijn vruchten af
Technische innovaties hebben de gezondheidszorg de afgelopen decennia getransformeerd. Nieuwe medicijnen en revolutionaire chirurgische ingrepen hebben artsen geholpen talloze levens te redden. En dankzij wetenschappelijke onderzoeksprojecten van bedrijven en universiteiten uit de hele wereld worden er elke dag nieuwe ontdekkingen gedaan. Baanbrekende medische oplossingen leiden tot efficiëntere diagnose en behandeling van medische aandoeningen als diabetes en kanker maar bijvoorbeeld ook opioïdenverslaving. Het werk gaat onverminderd door en heeft al tot diverse revolutionaire ontwikkelingen geleid. In dit artikel bespreken we een aantal van de meest opmerkelijke.
Onderzoekers ontwikkelen armprotheses met gevoel
Wereldwijd hebben meer dan 30 miljoen mensen protheses nodig en dat aantal zal naar verwachting blijven groeien. Het is een trend die heeft bijgedragen aan de groei van de markt voor kunstmatige ledematen, die naar verwachting in 2024 een totale waarde van $2,76 miljard zal bereiken. Maar in plaats van aangewezen te zijn op de bekende mechanische kunstmatige ledematen, krijgen patiënten in de toekomst steeds meer baat bij geavanceerde oplossingen.
Een voorbeeld van zo’n innovatie is de geavanceerde LUKE Arm, die is ontwikkeld door onderzoekers aan de Universiteit van Utah. Het belangrijkste onderdeel van dit apparaat is de Utah Slanted Electrode Array (USEA), dat bestaat uit 100 micro-elektroden die signalen lezen van de zenuwen in de bovenarm van de gebruiker. Het apparaat kan daarnaast informatie naar de hersenen versturen via een gepatenteerd algoritme, zodat de gebruiker voelt wanneer de kunstarm iets aanraakt. Een vrijwilliger die het apparaat probeerde slaagde er zelfs in eieren en druiven op te pakken zonder deze fijn te knijpen. Het projectteam is van plan het apparaat op korte termijn bij mensen thuis te testen, in afwachting van de goedkeuring van de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA).
Technici aan de Universiteit van Newcastle in het Verenigd Koninkrijk hebben ook een indrukwekkende handprothese ontwikkeld. Het apparaat is uitgerust met een camera die de directe omgeving analyseert, waarna het systeem een beweging in gang zet om het beoogde object op te pakken. Zo kan de drager moeiteloos verschillende handelingen verrichten, “binnen enkele duizendsten van seconden en tien keer sneller dan met enige andere kunstmatige ledemaat die momenteel op de markt is”, vertelt de universiteit.
Een groep wetenschappers van verschillende Europese universiteiten zijn erin geslaagd mensen na een amputatie een bijna natuurlijke tastzin te geven. De geavanceerde bionische hand geeft de drager een gevoel van proprioceptie: weten waar zijn ledematen zich bevinden zonder ernaar te hoeven kijken. Daardoor kan de gebruiker de vorm en grootte van een object op een tafel aanvoelen zonder visuele hulpmiddelen. Dat is mogelijk dankzij de stroom van elektrische pulsen die via de stomp van de geamputeerde ledemaat naar de hersenen van de gebruiker worden gestuurd. Het gevoel van tastzin dat dit apparaat levert is zo sterk dat vrijwilligers de vorm en grootte van vier objecten met een nauwkeurigheid van 75,5 procent konden vaststellen.
Nieuwe responsieve kunstbenen maken natuurlijk bewegen mogelijk
Er wordt inmiddels ook serieus onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van hightech synthetische benen. Dr. Tommaso Lenzi van het Bionic Engineering Lab van de Universiteit van Utah is bezig met het testen van een beenprothese die onder de knie van de drager kan worden geplaatst. Het apparaat past zich op een dynamische manier aan de bewegingen van de gebruiker aan, zoals tijdens klimmen, zitten, staan of lopen. Het been weegt slechts 800 gram en werkt met behulp van kunstmatige intelligentie en sensoren die op externe prikkelingen reageren. Sarah Hood, een PhD-kandidaat en student-onderzoeker die bij het project betrokken is, zegt: “we bouwen kunstmatige ledematen en exoskeletten die robuuster zijn en zich beter aanpassen aan de verscheidenheid van natuurlijke bewegingen”.
Exoskeletten bieden mensen met een beperking meer zelfstandigheid
Voor veel mensen is het feit dat ze kunnen lopen, rennen en klimmen iets vanzelfsprekends. Ze bewegen zich met gemak door hun dagelijkse bestaan en hebben met mobiliteit geen hulp nodig. Maar dat geldt voor veel andere mensen niet. Ouderdom en aandoeningen als MS en beroertes kunnen er zelfs voor zorgen dat ze niet eens rechtop kunnen staan, laat staan dat ze zelfstandig rond kunnen lopen.
De Weelchair Foundation schat dat wereldwijd meer dan 130 miljoen mensen afhankelijk zijn van een rolstoel. Een rolstoel biedt mensen die niet kunnen lopen natuurlijk wel een zeker mate van zelfstandigheid, maar langdurig zitten kan ook leiden tot infecties in delen van de huid die onder constante druk staan. Als reactie op deze nadelen en de vraag naar betere mobiliteitsoplossingen is een groeiend aantal bedrijven bezig met de ontwikkeling van medische exoskeletten, een markt die in 2024 naar schatting een waarde van $578 miljoen zal bereiken. Een aantal producten is nu al beschikbaar om patiënten te helpen hun levenskwaliteit te verbeteren. Exoskeletten bieden een effectiever alternatief voor rolstoelen – ze maken een breder scala aan bewegingen mogelijk waardoor mensen met een lichamelijke beperking een veel actiever leven kunnen leiden.
Het Canadese bedrijf B-Temia heeft het Keeogo-exoskelet ontwikkeld dat mensen met verschillende mobiliteits- en neurologische aandoeningen kan ondersteunen. Zo kunnen mensen met knie- en heupartrose het apparaat gebruiken om hun knie te ontzien. Hierdoor verminderen pijnklachten en kunnen ze stabieler lopen. Mensen met multiple sclerose hebben baat bij de extra steun bij hun knieën. Het verbetert hun loopgang en stelt hen in staat om langer actief te blijven. En zelfs mensen met Parkinson kunnen de exoskeletten van B-Temia gebruiken om grotere en evenwichtigere stappen te zetten.
Dankzij geavanceerde glucosemeters kun je diabetes nu beter managen
Diabetes is wereldwijd één van de grootste medische uitdagingen geworden. Mensen van alle leeftijden en etniciteiten kunnen de ziekte krijgen en het aantal diabetespatiënten is vanwege de toename in obesitas en veranderende levensstijl enorm gegroeid. Naar verwachting zijn er in 2045 bijna 630 miljoen mensen met suikerziekte, een ware epidemie. En hoewel er op dit moment nog geen genezing bestaat voor deze aandoening, kunnen diabetici een redelijk normaal leven leiden – mits ze hun bloedsuikerspiegel goed in de gaten houden.
In de meeste gevallen moeten diabetici in hun vinger prikken om hun bloedsuikerspiegel te meten. Maar ondanks het feit dat deze methode op grote schaal wordt gebruikt, zijn er een paar serieuze nadelen. Om te beginnen zijn het slechts momentopnames en omdat de methode nogal pijnlijk is, voeren sommige patiënten minder vaak metingen uit dan wenselijk is. Een aantal technologiebedrijven heeft nu draagbare apparaatjes ontwikkeld waarmee diabetici de bloedsuikerspiegel eenvoudig en continu kunnen meten (continue glucose-meting – CGM) en als het nodig is insuline toe kunnen dienen.
Er zijn wereldwijd zo’n 1,2 miljoen suikerpatiënten die CGM-apparaatjes gebruiken. De Dexcom G6 is één van de nieuwste innovaties op dit gebied. Het bestaat uit een sensor, een ontvanger en een smartphone-app. De gebruiker plaatst een flinterdun draadje op de onderbuik en het apparaat meet het bloedsuikergehalte in het vocht onder de huid. De metingen worden vervolgens om de vijf minuten via Bluetooth verzonden naar een smartphone, waar de gebruiker de resultaten gemakkelijk kan bekijken. Als de app merkt dat de bloedsuikerspiegel snel daalt, krijgt de gebruiker een seintje en kan hij actie ondernemen, bijvoorbeeld door iets (zoets) te eten. Zo kan hij voorkomen dat hij een gevaarlijk lage bloedsuikerspiegel of hypoglykemie krijgt en mogelijk buiten bewustzijn raakt.
Slimme wearable kan angst en depressie bij kinderen detecteren
Hoewel er op psychische aandoeningen nog steeds enigszins een taboe rust, komen ze in onze moderne samenleving steeds vaker voor. Wereldwijd lijden meer dan 300 miljoen mensen aan psychische stoornissen en het is dan ook van groot belang om die stoornissen op tijd op te sporen. Veel psychische aandoeningen, zoals angststoornissen en depressies, kunnen al op jonge leeftijd voorkomen. Dit maakt het nog belangrijker om deze aandoeningen snel op te sporen en te behandelen, met name omdat die aandoeningen de levenskwaliteit in belangrijke mate kunnen aantasten en zeer nadelige gevolgen kunnen hebben. Psychische aandoeningen behoren tot de belangrijkste oorzaken van zelfdoding, waarvan het aantal in de afgelopen jaar met maar liefst 60 procent is gegroeid. Gelukkig is het dankzij technologie mogelijk om sneller een diagnose te stellen en ieder kind de juiste behandeling te geven.
Een team van wetenschappers heeft nu een slimme wearable ontwikkeld die angststoornissen en depressies bij kinderen kan aantonen. Ryan McGinnis, een biomedisch ingenieur aan de Universiteit van Vermont heeft samen met zijn team een wearable ontwikkeld die kinderen kan onderzoeken op de aanwezigheid van angststoornissen en depressies, om zo die aandoeningen in een vroeg stadium op het spoor te komen. Daarvoor heeft het team gebruikgemaakt van een zogenaamde stemmingsinductietaak, een “onderzoeksmethode die is bedoeld om een specifiek type gedrag of bepaalde stemming op te roepen, bijvoorbeeld een gevoel van angst”. Aan de studie hebben 63 kinderen deelgenomen, waarvan bij sommigen al eerder depressies of angststoornissen – ook wel internaliserende aandoeningen genoemd – waren vastgesteld. De deelnemers van het onderzoek werden naar een slecht verlichte kamer gebracht, waar achterin een bedekt terrarium stond met een slang. De facilitator bouwde de spanning op door dingen te zeggen als ‘Ik wil je iets laten zien’ en ‘laten we stil zijn, zodat hij niet wakker wordt.’” De slang in het terrarium was in werkelijkheid een speelgoedslang en toen de facilitator hem eruit haalde, zei hij tegen de kinderen dat het oké was om er mee te spelen.
Tijdens het experiment droegen de kinderen een sensor die hun bewegingen automatisch registreerde en analyseerde. Na analyse van de gegevens kon het team met 81 procent nauwkeurigheid zien welke kinderen tekenen van internaliserende aandoeningen vertoonden, een beter resultaat dan dat van standaard ouderenquêtes, volgens het team.
Kunnen we verslaving behandelen met slimme algoritmen?
Drugs verwoesten het leven van miljoenen mensen over de hele wereld. Verslaving tast de gezondheid aan, maakt relaties kapot, leidt tot banenverlies, maakt mensen dakloos en kan zelfs leiden tot de dood. Bovendien kost het de samenleving kapitalen om verslaafden te behandelen. Het aantal drugsgebruikers neemt bovendien toe en telde in 2017 niet minder dan 271 miljoen. Maar liefst 585.000 mensen overleden dat jaar aan de gevolgen van hun verslaving, maar slechts één op de zeven verslaafden krijgt de juiste hulp. Steeds meer wetenschappers en bedrijven ontwikkelen nu geavanceerde technologieën om mensen van hun verslaving af te helpen en ervoor te zorgen dat ze niet terugvallen.
De Addicaid app, bijvoorbeeld, is een oplossing die gebruikmaakt van kunstmatige intelligentie om een mogelijke terugval te voorspellen. De software komt vervolgens met suggesties om dit te voorkomen en verstrekt bijvoorbeeld telefoonnummers van hulplijnen, afkickcentra of andere ex-verslaafden waar ze hun ervaringen mee kunnen delen. Ook stelt de app verschillende behandelingen voor.
Sober Grid is nog zo’n nuttige app die ook wel de “grootste mobiele nuchtere gemeenschap ter wereld” wordt genoemd. Gebruikers hebben toegang tot middelen en tips om nuchter te blijven tijdens de verschillende stadia van het afkickproces. En het bedrijf is samen met de University of Pennsylvania bezig een slim algoritme te ontwikkelen om terugval te voorspellen aan de hand van specifiek taalgebruik. Mocht een gebruiker dreigen terug te vallen, biedt het systeem hulp in de vorm van korte mindfulness-modules, of brengt het hen in contact met ervaren coaches.
Opioïden zijn een zeer gevaarlijk type drugs die alleen in 2017 al aan 110.000 mensen het leven kostten. Van deze groep is heroïne het bekendst, maar veel mensen zijn bijvoorbeeld ook verslaafd aan de pijnstillers die door hun artsen worden voorgeschreven. Omdat misbruik een coma, hersenbeschadiging en de dood tot gevolg kan hebben, heeft het Amerikaanse softwarebedrijf hc1 het Opioid Dashboard-platform ontwikkeld. De app houdt bij hoeveel van deze medicijnen er worden geslikt en waarschuwt de autoriteiten in het geval van mogelijk misbruik in een bepaald gebied. Op die manier kan de regering het effect meten van campagnes die als doel hebben het gebruik van dit soort medicijnen omlaag te brengen.
Kan nanotechnologie dodelijke ziektes op celniveau genezen?
Nanotechnologie is het bewerken van materie op het niveau van atomen of moleculen om zo minuscule apparaatjes te creëren. Deze nanobots, die in de meeste gevallen een doorsnee hebben van één-miljardste meter, zouden kunnen worden ingezet om ziektes vast te stellen, geneesmiddelen naar specifieke plekken in ons lichaam te brengen, kankercellen uit te schakelen en ons lichaam te repareren. Al die mogelijkheden hebben geleid tot een wereldwijde markt van medische nanotechnologie met een waarde die tussen nu en 2022 naar verwachting zal groeien naar $293,1 miljard.
De groei in deze sector is te danken aan belangrijke onderzoeksactiviteiten, waar bijvoorbeeld wetenschappers aan het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen in Stuttgart voor een belangrijke doorbraak hebben gezorgd. Ze hebben nanobots ontwikkeld die 200 kleiner zijn dan de doorsnee van een mensenhaar en die in dicht weefsel kunnen doordringen, bijvoorbeeld in het menselijk oog, zonder het weefsel te beschadigen. In een eerste test zijn wetenschappers erin geslaagd om nanobots met behulp van een magnetisch veld door het oog van een dood varken naar de juiste plek te sturen. Dezelfde techniek zou mogelijk ook kunnen worden gebruikt om bij mensen medicijnen af te leveren en ziektes te bestrijden zonder dat daar nog een chirurgische ingreep voor nodig is.
Onderzoekers aan de Universiteit van Durham in het VK zijn erin geslaagd om nanobots te bouwen die kankercellen kunnen identificeren en deze vervolgens met lichtgestuurde motoren kunnen penetreren. De technologie is inmiddels op levende cellen getest, waaronder menselijke prostaatcellen, en klinische testen op mensen zullen naar verwachting snel plaatsvinden. Dr. Robert Pal van de Universiteit van Durham zegt dat deze nanobots “zich kunnen richten op borst- en huidkankercellen die bijvoorbeeld niet reageren op bestaande chemotherapie”.
Injectie met nieuwe genetische code kan zieke organen genezen
En bij menselijke organen die door welke oorzaak dan ook beschadigd raken zou nanotechnologie mogelijk ook uitkomst kunnen bieden. Wetenschappers van het Wexler Medical Center en College of Engineering van Ohio State University zijn momenteel bezig met het testen van een apparaat dat menselijke cellen met één druk op de knop kan repareren. Dit systeem, het zogenaamde Tissue Nanotransfection (TNT), verandert huidcellen in andere soorten cellen door een nieuwe genetische code in te brengen. Daarna kunnen artsen de nieuwe cellen gebruiken om beschadigd weefsel te repareren en de werking van organen, bloedvaten en zenuwcellen te herstellen. De eerste tests zijn inmiddels uitgevoerd op muizen met een hersenbeschadiging na een beroerte, waarbij men er in is geslaagd om de beschadigde zenuwcellen te herstellen. De genetische code wordt via een nauwelijks voelbare elektrische lading ingebracht en de totale ingreep neemt minder dan een seconde in beslag. “We hebben aangetoond dat we huidcellen goed kunnen gebruiken om cellen van organen te kweken als dat nodig is”, aldus Dr. Chandan Sen, mede-auteur van het onderzoek en de directeur van Ohio State’s Center for Regenerative Medicine & Cell Based Therapies.
Door een antilichaam met chemotherapie mee te sturen kunnen we kankercellen in vetcellen omzetten
Kanker is één van de dodelijkste ziektes ter wereld. In 2018 gingen er 10 miljoen mensen aan deze ziekte dood en het ziet er niet naar uit dat hier binnenkort verandering in komt. En ondanks het feit dat we per jaar $140 miljard uitgeven aan kankerbestrijding, bieden bestaande behandelingen nog steeds geen garantie op genezing. Bovendien zijn deze vaak ook nog eens te duur voor ‘de gewone burger’. Daarom zijn wetenschappers over de hele wereld nog intensiever gaan zoeken naar oplossingen, wat heeft geleid tot een aantal indrukwekkende innovaties die de mensheid een stapje dichterbij een kankervrije toekomst brengen.
In plaats van kanker te bestrijden door medicijnen te injecteren, hebben wetenschappers aan het Francis Crick Institute in Londen voor een andere aanpak gekozen. Ze hebben een behandeling ontwikkeld die de weerstand van patiënten verhoogt door cellen van het immuunsysteem van gezonde mensen in te brengen. Naar verwachting zal deze aanpak minder bijwerkingen hebben dan traditionele therapieën. De wetenschappers verwachten dat deze benadering de kans dat mensen met kanker nog 10 jaar kunnen leven met wel 75 procent kan verhogen. Deze nieuwe behandelmethode zal in 2019 voor het eerst op mensen worden getest.
Een andere groep wetenschappers, van Georgia Tech en Emory University, hebben een andere innovatieve methode ontwikkeld om kanker te bestrijden. Een buisvormig apparaat, genaamd de Tumor Monorail, ‘lokt’ hersenkankercellen naar een houder met een substantie die kankercellen doodt. Het apparaat is al op ratten getest, met veelbelovende resultaten, en het team hoopt in 2019 met menselijke proeven te kunnen starten.
Slimme pillen monitoren onze gezondheid en zorgen voor medicijnafgifte
De wereldwijde markt voor slimme pillen zal in 2025 naar verwachting een waarde van $3 miljard bereiken, vergeleken met $779,9 miljoen in 2016. Amerikaanse bedrijven spelen een leidende rol op dit gebied en dat geldt zeker voor het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Samen met partners van het Draper Laboratory en Brigham and Women’s Hospital heeft MIT een slimme pil ontwikkeld die een maand lang in de maag van een patiënt kan blijven. Daar kan de pil metingen verrichten en de informatie via Bluetooth naar een smartphone sturen. De pil kan worden gebruikt om infecties en allergische reacties in de gaten te houden en medicijnen toe te dienen, bijvoorbeeld om koorts te bestrijden. De onderzoekers willen de pil ook uitrusten met sensoren die de hartslag en ademhaling kunnen monitoren, maar die toepassing staat nog in de kinderschoenen en is nog niet beschikbaar.
Proteus, een bedrijf dat is gespecialiseerd in digitale geneeskunde, gaat nog een stap verder dan de onderzoekers van MIT. Dit Amerikaanse bedrijf heeft een chemotherapeutisch middel met sensoren ontwikkeld dat artsen informatie stuurt over het soort dosis en de omvang ervan. Tot nog toe hebben zeven patiënten aan het onderzoek meegedaan en Proteus is van plan om daar nog eens 750 patiënten aan toe te voegen. Bovendien is dit middel niet duurder dan gewone chemotherapie. Eerder is Proteus er al in geslaagd slimme pillen te ontwikkelen voor patiënten met schizofrenie en bipolar disorder.
Regelgeving en andere hindernissen
Slimme pillen kunnen zorgverleners ook helpen om de aanwezigheid van bepaalde aandoeningen te meten. Zo hebben Australische onderzoekers bijvoorbeeld een elektronische capsule gebruikt om de hoeveelheid zuurstof, waterstof en kooldioxide in de dunne darm van vijf patiënten te meten. Die informatie is vervolgens doorgestuurd naar een extern apparaat. Zo konden de artsen de veranderingen in de darmen van hun patiënten op de voet volgen. Vergeleken met endoscopie is deze aanpak effectiever en veel minder ingrijpend.
Hoewel al deze elektronische pillen natuurlijk indrukwekkend zijn, moeten bedrijven die op dit gebied actief zijn zich wel aan strenge regelgeving houden. Zo eist de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) dat de fabrikanten van slimme pillen aangeven of het medische apparaten of farmaceutische producten zijn, wat gevolgen kan hebben voor de strengheid waarmee bepaalde aspecten ervan worden beoordeeld. Daarnaast heeft de Europese Unie (EU) veranderingen aangebracht in de medische regelgeving, waardoor de ontwikkeling van dit soort toepassingen nauwkeuriger zal worden gevolgd.
Technologische vooruitgang werpt ook in de geneeskunde uiteindelijk zijn vruchten af
Kanker, psychische aandoeningen en opioïdenverslaving en andere, nu nog ongeneeslijke aandoeningen, behoren tot de grootste medische uitdagingen van de 21ste eeuw. Er worden honderden miljarden dollars in onderzoek geïnvesteerd, wat uiteindelijk moet leiden tot effectieve en betaalbare behandelingsopties. Gelukkig is er verandering op komst en diverse wetenschappelijke doorbraken hebben inmiddels nieuw licht geworpen op de manier waarop bijvoorbeeld kanker kan worden geëlimineerd. Een toekomst waarin geen ziekten voorkomen is nog ver weg – als die er ooit zal komen – maar het werk van onderzoekers over de hele wereld gaat onverminderd door en zal uiteindelijk zijn vruchten afwerpen.
