Kan de injectiespuit over een paar jaar bij het grofvuil? Als het aan onderzoekers van de Universiteit Twente ligt wel. Daar werken ze aan ‘naaldloos injecteren’, een methode om vloeistoffen vlak onder de huid te injecteren zonder dat daar een spuit bij komt kijken. De Ingenieur sprak met promovendus Jelle Schoppink.

 

Normaal gesproken word je vooral in je kindertijd gevaccineerd, maar het afgelopen jaar kregen ook miljoenen volwassenen weer regelmatig een spuit in hun arm. Een deel van die mensen vindt dat heel vervelend. Een klein deel laat hierom misschien wel de vaccinatie aan zich voorbijgaan.

Voor die groep is er over een paar jaar mogelijk een oplossing. Onder leiding van David Férnandez Rivas (in 2021 door KIVI verkozen tot Ingenieur van het Jaar) werkt aan de Universiteit Twente een klein team ingenieurs al een tijdje aan een techniek die vaccineren zonder spuit mogelijk kan maken.

Dat is niet alleen fijn voor met mensen met angst voor naalden en bloed, maar ook voor de afvalberg. Die zal namelijk een stuk kleiner worden als niet voor elk prikje een nieuwe injectiespuit nodig is.
 

Zo werkt de naaldloze injectie van de ingenieurs van de Universiteit Twente. De laser verhit het vloeistofreservoir, waardoor razendsnel een dampbel ontstaat. Die snelle uitzetting duwt een straaltje vloeistof uit het kanaaltje. Deze 'jet' gaat zo snel dat die de huid binnendringt. De diepte van binnendringen is zelfs in te stellen, iets wat medici erg handig vinden. Naar verwachting doet injectie met deze techniek minder pijn dan met een metalen naald. Illustratie: Ruud Vogelesang

 

Voor het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Drug Delivery Reviews zette promovendus Jelle Schoppink onlangs al het lopende onderzoek naar spuitloze injectietechnieken (het artikel is gratis toegankelijk) op een rij. De Ingenieur sprak met Schoppink.
 

Wordt er veel onderzoek naar dit onderwerp gedaan?
Jelle Schoppink: ‘Wereldwijd gaat het om een stuk of vijf actieve onderzoeksgroepen. Tot nu toe was iedereen vooral bezig met zijn eigen werk en bleef een goed overzicht uit. Ik heb de huidige lopende onderzoeken met elkaar vergeleken. Want er zijn verschillende manieren om naadloos te injecteren met behulp van een laser.’
 

Wat zijn de belangrijkste verschillen?
‘We zien dat er twee soorten lasers worden gebruikt: gepulseerde lasers en continuous-wave-lasers (CW-laser). Die laatste soort gebruiken wij. Het onderzoek met de gepulseerde laser is al wat verder richting toepassing, maar de CW-laser is kleiner en goedkoper dan de gepulseerde laser en heeft geen externe koeling nodig. Ons type laser is echt een simpel ding, en hij kost maar honderd euro, tegen vijfduizend tot tienduizend euro voor een gepulseerde laser. Wij denken daarom dat een CW-laser het geschiktst is om uiteindelijk te komen tot een systeem dat betaalbaar is en goed bruikbaar in de praktijk.’
 

Wat zijn de belangrijkste toepassingen van naaldloos injecteren?
‘Als je een niet-actieve stof onder de huid injecteert, denk je al snel aan tatoeages. Die kun je laten zetten omdat je ze mooi vindt, maar ook vanuit medische overwegingen wordt er getatoeëerd, bijvoorbeeld om na een borstamputatie een tepel na te maken. Maar uiteindelijk hopen we ook een techniek te ontwikkelen voor het injecteren van geneesmiddelen zonder dat daarvoor nog een metalen naald bij nodig is. Dat kan uiteenlopen van het inspuiten van insuline door suikerpatiënten tot vaccineren.’
 

Proefopstelling in het laboratorium van de Universiteit Twente waar experimenten plaatsvinden aan naaldloos injecteren. Op het groene printplaatje zit de chip waar met laserlicht de vloeistofstraal wordt opgewekt. Bij het witte blokje wordt deze 'jet' gefilmd. Te zien op de foto zijn meerdere camera's en lichtbronnen die dit allemaal mogelijk maken. Foto Diana van de Ven / Bubble-gun Team. 

 

Bij vaccineren bleek nog een gunstig effect van jullie techniek: er is veel minder van het vaccin nodig. Hoe zit dat?
‘Met onze techniek kun je injecteren in de bovenste huidlagen, de epidermis en de dermis (respectievelijk enkele tienden van een millimeter en 1 tot 3 millimeter dik, red.). Onderzoek in Leiden laat zien dat je dezelfde immuunrespons bereikt met slechts tien tot twintig procent van het vaccin, dat nu nog in de spier wordt gespoten.’
 

Nog meer voordelen?
‘We verwachten, net als andere experts, dat je waarschijnlijk minder pijn ervaart als je met onze techniek een spuitje krijgt. Daarnaast wordt het geneesmiddel of het vaccin sneller opgenomen. Ook niet onbelangrijk: met onze techniek kun je heel precies het vloeistofvolume beheersen dat je injecteert. Dat is belangrijk bij insuline, omdat de suikerpatiënt zo de bloedsuikerspiegel goed onder controle kan houden.’
 

Vloeistofstraaltje (midden in beeld) vlak voordat het een proefstuk van agarose (rechts in beeld) binnendringt. Foto Diana van de Ven/Bubble-gun team

 

De vloeistof wordt met jullie techniek enorm versneld en door een smal kanaaltje geperst. Kunnen medicijnen en vaccins daar wel tegen?
‘Dat is inderdaad een punt van aandacht. Maar alle onderzoeken naar potentiële beschadiging laten zien dat er niets verandert aan een medicijn als je het op deze manier injecteert. Ook het feit dat we de vloeistof verhitten met de laser, geeft geen problemen. De actieve stof — het medicijn — blijft intact. We vermoeden dat dit komt doordat we heel snel en heel lokaal maar een klein beetje van het vloeistofvolume verhitten.’


Welk deel van het proces hebben jullie al onder controle, welk deel niet?
‘Met onze methode om microscopische straaltjes vloeistof te genereren met lasers kunnen we prima de snelheid van het vloeistofstraaltje instellen, en het volume. Op verschillende huidmodellen hebben we laten zien dat de diepte lineair is met de jetsnelheid (hoe sneller het straaltje gaat, hoe dieper het in de huid dringt, red.), waardoor we in verschillende huidlagen kunnen injecteren met dezelfde injector. Tegelijk hebben we in sommige gevallen de stabiliteit van de straal nog niet helemaal onder controle. Ook zien we soms een kleine hoeveelheid vloeistof terugspetteren. Dat moeten we nog oplossen.’


Wat wordt de volgende stap?
‘We hebben al veel getest op verschillende gels en varkenshuid. Momenteel is mijn collega-promovendus bezig om de injectie met de CW-laser nog beter te begrijpen. Als we die ook onder controle hebben, is de volgende stap om op echte mensenhuid te gaan testen.’


Heb je je hand al eens onder jullie naadloze injector gehouden?
‘Nee, nog niet. We hebben het er wel over gehad, maar voor zover ik weet heeft ook nog geen collega het gedaan. Ethisch gezien mag het ook niet geloof ik.’


Wanneer komt jullie techniek voor naaldloze injectie op de markt?
‘Dat zal nog wel even duren. Voor niet-actieve stoffen zoals tatoeëerinkt misschien over een paar jaar. Voor insuline en vaccins moet je uitgebreide procedures door om aan te tonen dat het systeem effectief en veilig werkt. Dat kan nog wel tien jaar duren.’


Openingsfoto Pixabay