Voor het eerst zijn er nanorobots ontworpen die medicijnen direct in de ogen kunnen afleveren zonder schade aan te richten.
Nanorobot technologie is een recente techniek die centraal staat bij wetenschappers voor de behandeling van multiple ziekten. Nanorobots (ook wel nanobots genoemd) zijn kleine apparaatjes gemaakt van componenten op nanoschaal en hebben een grootte van 0.1-10 micrometer. Nanorobots hebben het potentieel om op een zeer gerichte en precieze manier medicijnen in het menselijk lichaam te brengen. Nanorobots zijn zo ontworpen of geconstrueerd dat ze alleen worden 'aangetrokken' tot zieke cellen en dus een gerichte of directe behandeling in die cellen kunnen maken zonder schade aan gezonde cellen aan te richten. Over het algemeen is voor de meeste ziekten een dergelijke gerichte medicijnafgifte niet essentieel, maar voor gecompliceerde ziekten zoals diabetes of kanker kan het zeer gunstig zijn.
Netvliesaandoeningen van het oog
De behandeling van oogziekten is doorgaans gericht op het verminderen van ontstekingen in het oog, het herstellen van traumatische letsels en het beschermen of verbeteren van het gezichtsvermogen. Een gezond netvlies – de dunne laag weefsel aan de achterkant van het oog – is van cruciaal belang voor een goed zicht. Ons netvlies bestaat uit miljoenen lichtgevoelige cellen (staafjes en kegeltjes genoemd) en zenuwvezels/cellen die ervoor zorgen dat licht dat het oog binnenkomt, wordt omgezet in elektrische impulsen om de hersenen te bereiken. Dit is hoe visuele informatie door ons oog wordt ontvangen en verwerkt en via de oogzenuw naar de hersenen wordt gestuurd. Het hele proces maakt visie mogelijk en bepaalt hoe we beelden zien. Netvliesziekten van het oog beïnvloeden elk deel van het netvlies. Voor sommige netvliesziekten zijn er weinig behandelingsvormen beschikbaar, maar deze zijn behoorlijk complex. Het doel van elke behandeling is om de oogziekte volledig te stoppen of te vertragen en het gezichtsvermogen te beschermen (behouden, verbeteren of herstellen). Het is van cruciaal belang om netvliesproblemen vroegtijdig op te sporen, omdat de schade onomkeerbaar is. Als sommige netvliesziekten onbehandeld blijven, kunnen ze gezichtsverlies of blindheid veroorzaken.
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
***
