Nanobots in je bloedbaan: de toekomst van gerichte medicijnafgifte

Samenvatting

Met de komst van nanobots blijft de gezondheidszorg maar vooruitgaan. Deze piepkleine robots maken de behandeling van chronische of ernstige ziekten een stuk makkelijker. In veel gevallen zijn invasieve operaties niet meer nodig. Medicijnen kunnen direct aan het aangetaste deel van je lichaam toegediend worden.

• Nanobots kunnen van synthetische materialen, biologische materialen of een mix van beide gemaakt worden.
• Sommige nanobots hebben kleine interne motoren, andere stuur je aan met magneten.
• Onderzoekers in Hong Kong die therapieën voor beroertes onderzoeken, kunnen bloedstolsels dankzij nanobots vijf tot 20 keer sneller verwijderen.
• In Barcelona hebben onderzoekers nanobots ontwikkeld die chemo voor blaaskanker direct ter plekke afgeven waardoor het tumorvolume met 90% afneemt.
• “Het idee is dat artsen straks volledige ingrepen kunnen doen zonder je lijf open te snijden”, zegt dr. Daniel Ahmed, professor aan de ETH Zürich.

Misschien hebben we in de toekomst wel permanent nanobots in ons lichaam die constant speuren naar de eerste tekenen van ziekte op celniveau. Maar zo ver is het nog niet: de nanobots van nu worden alleen nog maar op muizen getest. Het kan nog even duren voor ze ook bij mensen gebruikt mogen worden. Dus denk goed na voordat je die salade links laat liggen en je sportabonnement opzegt: gezond eten en bewegen blijven voorlopig de beste remedies tegen ziekte.

“Het idee is dat artsen straks volledige ingrepen kunnen doen zonder je lijf open te snijden. We hopen dat we agressieve hersentumoren, zoals glioblastoom, die moeilijk te bereiken zijn, kunnen behandelen zonder de rest van het lichaam te belasten”.

Dr. Daniel Ahmed, Professor Akoestische Robotica voor Levenswetenschappen en Gezondheidszorg, ETH Zürich

Niet te zien, wel te merken: de onzichtbare helden van de moderne geneeskunde

Heb je weleens nagedacht over hoeveel vooruitgang we eigenlijk geboekt hebben in de strijd tegen ziekten? De afgelopen decennia hebben we het menselijk lichaam echt goed leren doorgronden. Denk bijvoorbeeld aan al die vaccins die ervoor gezorgd hebben dat dodelijke ziekten zijn uitgeroeid. Of medicijnen waarmee we chronische aandoeningen als diabetes onder controle kunnen houden. En operaties die een eeuw geleden ondenkbaar waren, zijn nu de normaalste zaak van de wereld. Dankzij al die doorbraken leven we een stuk langer, gezonder en gelukkiger.

Maar ondanks die enorme sprongen voorwaarts, zijn we er nog lang niet. Veel ziekten verschuilen zich nog op moeilijk bereikbare plekken in ons lichaam. En dat maakt behandelen vaak zo’n uitdaging. Zelfs met de meest geavanceerde medicijnen is het een hele toer om de behandeling precies daar te krijgen waar die nodig is, zonder gezond weefsel aan te tasten.

Je vraagt je misschien af of er geen betere manier is om mensen te helpen. Het antwoord op die vraag is… misschien wel! Stel je voor: in plaats van iemand open te snijden of bloot te stellen aan potentieel dodelijke straling, zouden we een team van piepkleine robotjes op pad kunnen sturen die ziekten opsporen en deze direct bij de bron vernietigen. In dit artikel duiken we dieper in de ontwikkelingen op het gebied van medische nanobots en ontdekken we hoe we ziekten met deze minuscule machines op hele andere manieren kunnen behandelen.

De opkomst van de minibots

Nanobots zijn in sci-fi alom bekend, maar ook in de echte wereld gaan de ontwikkelingen op dit gebied nu razendsnel.

Misschien heb je al eens eerder gehoord over medische nanobots. Het concept van piepkleine robots die ziekten in het menselijk lichaam bestrijden bestaat eigenlijk al tientallen jaren. Maar tot nu toe bleef het vooral bij sciencefiction. We zijn inmiddels al wel gewend geraakt aan implanteerbare medische hulpmiddelen als pacemakers en stents, maar de droom om apparaatjes te maken die zó klein zijn dat ze als het ware door onze aderen kunnen zwemmen leek — tot voor kort — altijd nét buiten handbereik te blijven.

Maar terwijl je dit leest, zijn wetenschappers over de hele wereld druk bezig met de ontwikkeling van deze medische nanobots: microscopisch kleine machines van tussen de één en honderd nanometer. Om je een idee te geven van hoe klein dat is: een mensenhaar is tussen de 80.000 en 100.000 nanometer ‘dik’. Zelfs een rode bloedcel — een van de kleinste structuren in het menselijk lichaam — is enorm groot vergeleken bij zo’n nanobot. Dit betekent dat ze zelfs door de allerdunste bloedvaten in ons lichaam kunnen reizen en op plekken kunnen komen waar je met traditionele behandelingen gewoon niet makkelijk bij kunt.

Nanobots kunnen gemaakt worden van synthetische materialen, biologische materialen of een combinatie van beide. Maar hoe bewegen ze zich eigenlijk voort als ze eenmaal in ons lichaam zitten? Het antwoord is vaak voor de hand liggender dan je denkt. Sommige zijn bijvoorbeeld ontworpen om door magneten buiten het lichaam gestuurd te worden. Op die manier kunnen artsen ze zeer nauwkeurig naar de plek brengen waar ze nodig zijn. Andere worden ontwikkeld met simpele voortstuwingssystemen en gebruiken piepkleine motoren. Soms maken ze zelfs gebruik van de chemische reacties van het lichaam om zich door bloedvaten en weefsels voort te bewegen.

Veelbelovend, maar geduld is van belang

Je kunt je vast wel voorstellen wat we in de toekomst allemaal met deze futuristische apparaatjes zouden kunnen doen. In plaats van een ingrijpende operatie om een verstopte slagader te ontstoppen slikken we straks misschien gewoon een pil met daarin een leger nanobots die deze klus klaren. En wat dacht je van kankerbestrijding zonder ons hele lichaam bloot te stellen aan die schadelijke chemotherapie? In plaats daarvan kunnen nanobots de medicatie heel gericht naar de plek van de tumor brengen.

Toch moeten we niet vergeten dat deze technologie nog in de kinderschoenen staat. Het zal nog even duren voor we deze apparaatjes veilig bij mensen kunnen inzetten. Het maken van zulke minirobots is een enorme uitdaging, die het uiterste vergt van ons huidige technische kunnen. En dan is er nog de veiligheid: we moeten er 100% zeker van zijn dat de gebruikte materialen geen ongewenste bijwerkingen veroorzaken in het menselijk lichaam. Dat vraagt om zorgvuldig onderzoek.

Een kijkje in de wereld van de nanobots

Onderzoekers zetten nanobots al in om behandelingen voor kanker en beroertes te verbeteren.

Nanobots kunnen kanker bij de bron aanpakken

Nanobottechnologie staat nog in de kinderschoenen, maar onderzoekers hebben nu al laten zien wat er met deze technologie allemaal mogelijk is. Neem bijvoorbeeld blaaskanker: een verschrikkelijke ziekte die in 2022 wereldwijd meer dan 220.000 mensen fataal werd. De standaardbehandeling bestaat uit het chirurgisch verwijderen van de tumor, gevolgd door chemo of immunotherapie. Ondanks de relatief goede overlevingskansen is dit echter vaak niet genoeg — bij 30 tot 70% van de patiënten komt de kanker binnen vijf jaar namelijk toch weer terug.

Nanobottechnologie staat nog in de kinderschoenen, maar onderzoekers hebben nu al laten zien wat er met deze technologie allemaal mogelijk is. Neem bijvoorbeeld blaaskanker: een verschrikkelijke ziekte die in 2022 wereldwijd meer dan 220.000 mensen fataal werd. De standaardbehandeling bestaat uit het chirurgisch verwijderen van de tumor, gevolgd door chemo of immunotherapie. Ondanks de relatief goede overlevingskansen is dit echter vaak niet genoeg — bij 30 tot 70% van de patiënten komt de kanker binnen vijf jaar namelijk toch weer terug.

Nanobots maken behandeling van beroertes veiliger en effectiever

Wereldwijd zijn beroertes doodsoorzaak nummer twee, maar misschien kunnen nanobots ook hier oplossingen bieden. Normaal gesproken worden beroertes behandeld met een medicijn dat tPA heet. Dit middel lost bloedstolsels op en herstelt de normale bloedtoevoer in de hersenen van de patiënt. Het probleem met tPA is alleen dat je er een enorme dosis van moet toedienen, zodat er genoeg bij de verstopping komt. Een gevolg hiervan is dat hierdoor helaas nog meer bloedverlies kan optreden, ook buiten de hersenen, zoals in de longen en darmen.

Wereldwijd zijn beroertes doodsoorzaak nummer twee, maar misschien kunnen nanobots ook hier oplossingen bieden. Normaal gesproken worden beroertes behandeld met een medicijn dat tPA heet. Dit middel lost bloedstolsels op en herstelt de normale bloedtoevoer in de hersenen van de patiënt. Het probleem met tPA is alleen dat je er een enorme dosis van moet toedienen, zodat er genoeg bij de verstopping komt. Een gevolg hiervan is dat hierdoor helaas nog meer bloedverlies kan optreden, ook buiten de hersenen, zoals in de longen en darmen.

Magnetisch geactiveerde chemische reacties

Ook bij schimmelinfecties in de mond kunnen nanobots oplossingen bieden. Je kent het wel, die ontstekingen met die vervelende, vaak pijnlijke symptomen. Meestal krijg je ze door een overdosis aan Candida-schimmels. Standaardbehandelingen als antischimmelmiddelen en grondig poetsen helpen wel, maar zijn best tijdrovend en niet altijd afdoende. Vaak komt de infectie binnen de kortste keren weer terug. Je belandt in een vicieuze cirkel van steeds terugkerende infecties en behandelingen die steeds minder goed aanslaan.

Een team onderzoekers van de University of Pennsylvania heeft nu een nieuwe aanpak bedacht waarbij ze minuscule robotjes gebruiken om dit soort schimmelinfecties op te sporen en uit te roeien. De minibots zijn gemaakt van ijzeroxide-nanodeeltjes, die magnetisch zijn. Hierdoor kunnen tandartsen hun beweging controleren en ze rechtstreeks naar de plek van de infectie sturen. En hier wordt het interessant: wanneer ijzeroxide wordt blootgesteld aan waterstofperoxide, begint het zuurstofrijke moleculen te produceren die een krachtige antimicrobiële werking hebben. Zo wordt de infectie binnen enkele minuten volledig uitgeroeid.

“Het concept van gerichte medicijnafgifte werd meer dan 100 jaar geleden al eens bedacht, maar dankzij nanotechnologie kunnen we deze visie nu op een zeer betekenisvolle manier in de praktijk brengen.”

Omid Farokhzad, Professor in de Anesthesiologie, Harvard Medical School

Wat vinden experts van deze miniatuur-assistenten?

Hoewel nanobots veelbelovend zijn, moeten we niet vergeten dat deze technologie nog in de kinderschoenen staat.

Wat denken medische experts eigenlijk van de opkomst van nanobots? Het zal niemand verbazen dat er een brede consensus lijkt te zijn dat nanotechnologie de behandeling van veel ziekten ingrijpend kan veranderen.

“Het idee is dat artsen straks volledige ingrepen kunnen doen zonder je lijf open te snijden”, vertelt Dr. Daniel Ahmed, hoogleraar Akoestische Robotica voor Levenswetenschappen en Gezondheidszorg aan de ETH Zürich. “Zo hopen we bijvoorbeeld agressieve hersentumoren als glioblastoom, die vaak moeilijk te bereiken zijn, te kunnen aanpakken zonder de rest van het lichaam te belasten. Of om met microrobots ingrepen in het lichaam uit te voeren die een beroerte kunnen voorkomen”.

Voor sommige experts zou de introductie van nanobots weleens een antwoord kunnen zijn op een uitdaging in de medische wereld die al jarenlang speelt. “Het concept van gerichte medicijnafgifte werd meer dan 100 jaar geleden al eens bedacht, maar dankzij nanotechnologie kunnen we deze visie nu op een zeer betekenisvolle manier in de praktijk brengen”, zegt Omid Farokhzad, Professor in de Anesthesiologie aan Harvard Medical School. “In de komende vijf, tien, vijftien jaar gaan we op het vlak van medicijnen, beeldvorming en diagnoses veel geavanceerdere systemen zien dan we nu hebben”.

Natuurlijk beseffen de experts ook dat deze technologie nog in de kinderschoenen staat. “Het is allemaal heel veelbelovend, maar er komen nog heel wat uitdagingen op ons af. We willen de stap maken van muizen naar grotere zoogdieren”, voegt Ahmed toe. “En dan worden de regels een stuk strenger. En als je uiteindelijk met mensen gaat werken, is het nog maar de vraag of ze de technologie zullen accepteren — al denk ik van wel. We zullen uiteraard alles goed moeten controleren en de nodige veiligheidsmaatregelen moeten nemen. Het is ongetwijfeld een disruptieve technologie, maar ik denk dat het ook een zeer veilige technologie is”.

Hoe ziet een toekomst met nanobots eruit?

Nanobots kunnen in de toekomst niet alleen ziekten behandelen maar deze zelfs voorkomen voordat de eerste symptomen zich laten zien.

Tot dusver ziet de toekomst van nanobots er veelbelovend uit. Experts zijn enthousiast en onderzoekers werken druk aan kansrijke toepassingen. En hoewel we niet moeten vergeten dat deze ontwikkelingen nog heel nieuw zijn, kunnen we ons wel een beeld vormen van een toekomst met nanobots.

Misschien hebben we over dertig jaar wel permanent minuscule robots in ons lichaam die alles van binnenuit in de gaten houden en vroege tekenen van ziekten opsporen. Ze kunnen waarschijnlijk zelfs al maanden voordat jij symptomen krijgt afwijkingen op celniveau detecteren. Vervolgens hoeft een arts alleen nog maar opdracht te geven voor het toedienen van gerichte designergeneesmiddelen — ook via nanobots. Dan is het probleem als het ware opgelost voordat het begon — alsof er überhaupt nooit iets aan de hand was.

De opkomst van nanobots zou ook een enorme impact kunnen hebben op het gebied van gentherapie, iets waar de medische wereld al een tijd mee worstelt. Denk bijvoorbeeld aan programmeerbare nanobots die genetische mutaties in een zeer vroeg stadium kunnen repareren. Of wat dacht je van het verbeteren van onze neurologische functies? Dit zouden we voor elkaar kunnen krijgen door nanobots met ons zenuwstelsel te laten samenwerken om cognitieve processen als ons geheugen en hoe we leren te versnellen. Bij mensen die kampen met mentale problemen kunnen nanobots in de toekomst wellicht direct ingrijpen om neurochemische niveaus in balans te brengen. Ook zouden ze bijvoorbeeld waarschuwingen naar onze slimme apparaten kunnen sturen als er een potentiële crisis op komst is.

Leerpunten

Wat kunnen we hieruit concluderen? Zijn nanobots de toekomst van de geneeskunde? Voor veel ziektes is het antwoord hoogstwaarschijnlijk absoluut ‘ja’. Maar vergeet niet dat deze technologie nog in de kinderschoenen staat. Het zal nog even duren voor nanobots echt bij mensen kunnen worden gebruikt, en waarschijnlijk duurt het daarna ook nog wel even voor ze op grote schaal worden ingezet in de medische wereld. Kortom: reken er niet op dat dit binnenkort al realiteit is. Voorlopig zijn gezond eten en genoeg bewegen nog steeds het beste medicijn.

• Nanobots maken het mogelijk om ziektes heel gericht te behandelen, precies op de plek waar dat nodig is. Zo wordt de kans op ongewenste bijwerkingen voor het hele lichaam een stuk kleiner.
• Veel experts, waaronder Dr. Omid Farakhzan, zien nanobots als dé ‘magic bullet’ voor gerichte medicijnafgifte.
• Sommige nanobots, zoals die getest zijn door de University of Pennsylvania, worden aangestuurd door magneten onder controle van een arts.
• Misschien hebben we op een dag wel permanent nanobots in ons lichaam, die ons continu controleren op de eerste tekenen van ziektes.
• Maar zover is het nog lang niet. Tot nu toe zijn er alleen nog maar tests gedaan op muizen; grotere zoogdieren moeten nog volgen.

Met elke veelbelovende ontwikkeling, waaronder nanobot-technologie, duiken er ook nieuwe uitdagingen op. Hoe krijg je nanobots bijvoorbeeld weer uit je lichaam als ze niet meer nodig zijn? En wie is er verantwoordelijk als er iets misgaat — de arts of de fabrikant? Zouden deze kleine robots misschien ook voor verkeerde doeleinden gebruikt kunnen worden? En wat gebeurt er met onze gevoelige informatie? Wordt onze medische data straks aan de hoogste bieder verkocht? Er is in de toekomst van alles mogelijk op het gebied van nanobots, maar we staan nog maar aan het begin van dit avontuur. Niemand weet precies waar het naartoe gaat en wat de eventuele langetermijngevolgen zijn.