Preciezer prikken dankzij de wesp

Een injectie geven op een lastig bereikbare plek in het lichaam is voor artsen vaak een uitdaging. Onderzoekers in Delft werken nu aan een naald die zichzelf kan voortbewegen en scherpe bochten kan maken, geïnspireerd op de manier waarop een sluipwesp eitjes legt. Ze publiceerden er onlangs over in het tijdschrift Scientific Reports.

De draaibare, zelfvoortstuwende naald is opgebouwd uit zes losse, parallelle staafjes die een ringetje maken om een zevende, centraal naaldje, zegt promovendus Jette Bloemberg van de afdeling BioMechanical Engineering aan de TU Delft. De zes staafjes, samen slechts 0,89 millimeter dik, passen in elkaar als een legpuzzel en kunnen afzonderlijk bewegen. 

Wanneer één van de staafjes naar voren wordt gebracht, komt er wrijving op de omliggende delen, die dan worden vastgehouden in het weefsel.  Vervolgens wordt het volgende staafje naar voren gebracht tot uiteindelijk alle staafjes naar voren zijn geschoven.  Zo kan het naaldje met kleine bewegingen van de staafjes zichzelf door het weefsel naar voren stuwen. Hierdoor hoeft er geen kracht van buitenaf te worden gebruikt, wat het risico op knikken en breken van de naald verkleint, schrijven de onderzoekers.

Via het holle middennaaldje kunnen artsen vloeistoffen injecteren, weefsel opzuigen of zelfs apparatuur inbrengen, zoals een optische vezel.

Sturing

Deze methode, waarbij de naald zichzelf al voortstuwend door het weefsel kan voortbewegen, is al eerder bestudeerd. Wat het onderzoek van Bloemberg uniek maakt, is dat het middelste naaldje al is voorgebogen. ‘Door deze asymmetrie kan het middelste naaldje het pad bepalen van het hele systeem en kunnen scherpe bochten worden gemaakt,’ vertelt ze. Het middelste naaldje steekt namelijk wat verder uit dan de zes omliggende staafjes, en stuurt daarmee het geheel. Dit maakt de naald bijzonder geschikt voor medische toepassingen waarbij artsen om gevoelige structuren heen moeten navigeren, bijvoorbeeld in de hersenen of de prostaat.

Het ontwerp is daarnaast modulair: de middelste naald kan worden vervangen door een andere naald met scherpere of juist minder scherpe curve, of door een rechte naald. Ook lengte en diameter kunnen worden aangepast voor verschillende medische toepassingen.

Eierleggend orgaan

De naald is geïnspireerd op het eierleggende orgaan van de sluipwesp, ook wel de legboor genoemd. De sluipwesp is een parasitair insect, waarbij het vrouwtje haar eitjes in een gastheer legt, zoals een rups of bladluis. Deze zitten vaak diep in fruit of in hout, en om daar te komen moet ze met haar naaldachtige legboor goed door deze structuren heen kunnen manoeuvreren.

Onderzoekers van Wageningen University & Research (WUR) doen al langer onderzoek naar het mechanisme achter de legboor. Zij vermoeden dat er twee stuurmechanismen van de legboor mogelijk zijn: door de segmenten asymmetrisch te bewegen of door de lichte kromming van de boor.

De Delftse onderzoekers baseerden hun ontwerp op het tweede idee: een voorbuiging in het middensegment.

In de praktijk

De potentiële medische toepassingen zijn veelbelovend. Bloemberg vertelt dat haar onderzoeksgroep wekelijks contact heeft met de afdelingen BioMedical Engineering and Physics en urologie van het Amsterdam UMC. Daar onderzoeken ze met artsen of de wespennaald kan worden ingezet bij focale therapie, een alternatief voor het volledig verwijderen van de prostaat. Bij deze therapie wordt met behulp van een laser alleen het tumorweefsel verhit en vernietigd, terwijl gezond weefsel ongemoeid blijft. Hiervoor is het cruciaal dat de optische vezel die de laser aanstuurt heel precies op de juiste plek wordt gebracht. En dat is precies waar deze bestuurbare, zelfstuwende naald het verschil kan maken.

‘Interesse vanuit de zorg bestaat al voor deze behandeling,’ vertelt Bloemberg. Eerdere prototypen zijn getest en lijken veelbelovend. Er wordt nu volop onderzoek gedaan naar de volgende stappen in verdere verfijning van de naald, waarbij de focus ligt op optimalisatie van zelf-voortstuwing en het verwisselen van het gebogen naaldje.