For the first time nanorobots have been designed which can deliver drugs directly into the eyes without causing damage.
Nanorobot technologie is een recente techniek die centraal staat bij wetenschappers voor de behandeling van multiple ziekten. Nanorobots (also called nanobots) are tiny devices made from nanoscale components and are of size 0.1-10 micrometres. Nanorobots have the potential of delivering drugs into the menselijk body in a very targeted and precise manner. Nanorobots are designed or engineered in such a way that they are ‘attracted’ to diseased cells only and thus they can make a targeted or direct treatment in those cells without causing any damage to healthy cellen. Generally, for most diseases such a targeted drug delivery may not be essentially required, however for complicated illnesses such as diabetes or cancer it can be very beneficial.
Netvliesaandoeningen van het oog
De behandeling van oog diseases is generally geared towards reducing inflammation in the eye, repair traumatic injuries and protecting or improving eyesight. A healthy retina – the thin layer of tissue at back of the eye – is critical for good vision. Our retina consists of millions of light-sensitive cells (called rods and cones) and nerve fibres/cells which allow light that enters the eye to be converted into electrical impulses to reach the brain. This is how visual information is received and processed by our eye and sent to the brain through the optic nerve. The whole process enables vision and controls how we see images. Retinal diseases of the eye affect any part of retina. Few forms of treatment are available for some retinal diseases, but they are quite complex. The aim of any treatment is to completely halt or slow the oog disease and to protect vision (preserve, improve or restore it). It is crucial to detect retinal problems early because the damage is irreversible. If left untreated, some retinal diseases can cause vision loss or blindness.
Het is buitengewoon moeilijk om ziekten die het netvlies aantasten te behandelen, omdat het een grote uitdaging is om gerichte medicijnen af te geven via het dichte biologische weefsel dat in het oog aanwezig is. Hoewel oogweefsels meestal uit water bestaan, bestaan ze uit een stroperige oogbol en een dicht netwerk van moleculen (hyaluronan en collageen) die niet gemakkelijk door deeltjes kunnen worden gepenetreerd, omdat deze beide zeer sterke barrières zijn. Er is veel precisie nodig om een gerichte medicijnafgifte aan het oog te maken. Dit is de reden dat traditionele methoden die zijn gebruikt om medicijnen aan de ogen toe te dienen, voornamelijk zijn gebaseerd op willekeurige en passieve diffusie van moleculen en deze methoden zijn niet geschikt voor het afleveren van medicijnen aan het achterste van het oog.
Nanorobots voor de behandeling van netvliesaandoeningen
Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen in Stuttgart hebben samen met een team nanorobots ('voertuigen') ontwikkeld die voor het eerst door het dichte oogweefsel kunnen gaan. Deze nanorobots zijn gemaakt met behulp van een op vacuüm gebaseerde techniek waarbij op silica gebaseerde nanodeeltjes op een wafel werden gemodelleerd die vervolgens onder een bepaalde hoek in een vacuümkamer werden geplaatst terwijl silicamateriaal zoals ijzer of nikkel werd afgezet. De schaduw die wordt veroorzaakt door een ondiepe hoek zorgt ervoor dat het materiaal alleen neerslaat op nanodeeltjes die vervolgens een schroefvormige propellerstructuur aannemen. Deze nanorobots zijn ongeveer 500 nm breed en 2 μm lang, magnetisch van aard en hebben de vorm van micropropellers. Deze maat is ongeveer 200 keer kleiner dan de diameter van een enkele streng mensenhaar. De nanorobots worden vervolgens aan de buitenkant gecoat met een non-stick bio-vloeistoflaag om te voorkomen dat de nanorobot en het biologische eiwitnetwerk in het oogweefsel hechten wanneer nanorobots er doorheen navigeren. De optimale grootte van nanorobots zorgt ervoor dat ze door het gaas van een biologisch polymeernetwerk glippen zonder het gevoelige oogweefsel te beschadigen. Deze verbazingwekkende nanorobots kunnen worden geladen met medicijnen of medicijnen en kunnen cm voor cm worden genavigeerd en in realtime op een bepaald gebied in het oog worden gericht met behulp van magnetische velden.
Wetenschappers injecteerden duizenden nanorobots in een varkensoog met behulp van een naald en pasten een magnetisch veld toe om de nanorobots naar het netvlies van het oog te bewegen in een totale duur van 30 minuten vanaf de injectie. Ze bewaakten constant het pad van de nanorobot met behulp van een beeldvormende techniek die veel wordt gebruikt bij het diagnosticeren van oogziekten. Deze techniek is uniek en minimaal invasief. Hoewel het tot nu toe alleen is aangetoond in modelsystemen of vloeistoffen. Wetenschappers hopen dat deze techniek in de nabije toekomst zal worden gebruikt om nanorobots met geschikte therapieën te laden en dat ze andere zachte dichte weefsels in onbereikbare delen van het menselijk lichaam zullen bereiken. Het gebied van nanogeneeskunde - het gebruik van nanorobots voor therapie - heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen en er worden veel verschillende soorten nanorobots ontwikkeld, sommige met behulp van een 3D-productieproces. Interessant is dat bijna een miljard nanorobots in een paar uur kunnen worden ontwikkeld door siliciumdioxide en andere materialen zoals ijzer onder hoogvacuümomstandigheden op een siliciumwafel te verdampen.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Zhiguang W et al. 2018. Een zwerm glibberige micropropellers dringt het glasachtige lichaam van het oog binnen. Wetenschap Advances. 4 (11). https://doi.org/10.1126/sciadv.aat4388
***
