Spuitje zonder prik; hier komt de naaldloze injectie

Bang voor naalden? Dan is de redding nabij. Aan de Universiteit Twente werken onderzoekers aan een techniek om vloeistoffen onder de huid te injecteren. Toekomstige toepassingen: het injecteren van insuline en het zetten van een medische tatoeage.

Iets als het prikje van een mug. Meer voel je niet van de naaldloze injectietechniek die onderzoekers aan de Universiteit Twente onder leiding van universitair hoofddocent David Fernandez Rivas hebben ontwikkeld. Bij deze techniek wordt een klein beetje vloeistof zó versneld dat een druppel wordt gelanceerd die dwars door de opperhuid heen gaat. Vervolgens remt die vloeistofdruppel af in het weefsel daar vlak onder.

In de toekomst dienen we op deze manier medicijnen heel lokaal toe, verwachten de onderzoekers, of wordt zo een tatoeage gezet.
 

Naald van metaal

Om een stof onder de huid te brengen, moet je door de opperhuid heen, en die is behoorlijk stevig. Ooit bedacht iemand dat een naald van metaal een goede manier is om een stofje tot onder de huid te brengen; in de bloedbaan of een spier bijvoorbeeld. Dat is het ook, zegt Fernandez Rivas, ‘maar zo’n naald kan wat dieper wel behoorlijk pijn doen of zelfs schade teweegbrengen. Daarnaast leveren naalden afval op en loop je met naalden altijd het risico op besmetting van anderen; bijvoorbeeld van personeel in de zorg.’ En dan hebben we het nog niet eens over alle mensen die bang zijn voor naalden.
 

Star Trek

Injecteren zonder naald dus. Het idee is allesbehalve nieuw, zegt Fernandez Rivas. ‘Het zat al in de sciencefictionserie Star Trek.’ Je houdt een apparaatje tegen de huid en dat ‘zapt’ een stofje naar binnen. Nu kun je in een tv-serie zoveel ‘zappen’ als je wil zonder uit te hoeven leggen hoe het werkt, maar in de echte wereld moet je komen tot een haalbare technische uitvoering.
 

Zover zijn Fernandez Rivas en zijn collega’s nu. Ze hebben een testopstelling ontwikkeld die vloeistofdruppels afvuurt met een zodanige snelheid dat ze door de toplaag van de huid kunnen breken. De opstelling bestaat grofweg uit twee delen. Centraal staat een zogenoemde microfluïdische structuur, een soort glazen buisje met een speciaal gevormde holte (zie de cartridge in de tekening hierboven).

Hiernaast staat een laser, die zijn licht laat vallen op de vloeistof in de holle ruimte. De laserstraal wordt sterk gefocusseerd, zodat er veel energie (in de ordegrootte van 20.000 watt per vierkante centimeter) naar een klein plekje in de vloeistof gaat, die hierdoor verdampt. Zo ontstaat op deze plek binnen een fractie van een seconde een dampbel die de rest van de vloeistof naar buiten duwt.

Die moet door een kanaal dat taps toeloopt, waardoor de snelheid van deze vloeistofstroom toeneemt. Aan het uiteinde heeft dit kanaal een opening, waar een druppeltje uit schiet van maar een paar nanoliter. In recente proeven haalden deze druppels snelheden van rond de 100 meter per seconde; ruim 350 kilometer per uur.

Varkenshuid

Hoewel dit lanceren de grootste opgave was, is ook stap twee van belang. De vliegende druppels komen terecht op gelatine, dat mechanische eigenschappen heeft die redelijk overeenkomen met die van de menselijke huid. Ook liepen er proeven met varkenshuid, een veel gebruikt weefsel dat model staat voor mensenhuid.

Het team richtte een hogesnelheidscamera op het punt waar de vloeistofstraal die varkenshuid raakte. Daar zagen ze dat bij de eerste aanraking van de vloeistof met de bovenste laag van de opperhuid – het stratum corneum – de huid doorbuigt en vervolgens al snel breekt. De rest van de langgerekte druppel ondervindt dus minder weerstand en schiet door tot onder de huid. En als er geen vloeistof meer bij past onder de huid, kaatst de rest terug van de opperhuid. Het gaatje dat in de huid is ontstaan, is heel moeilijk waar te nemen, zelfs met een microscoop.

Minder schade

‘Deze methode richt in ieder geval duidelijk minder schade aan dan een naald’, zegt Fernandez Rivas. Ook verwachten de Twentenaren dat het extreem smalle straaltje vloeistof – de dikte is ongeveer 50 micrometer – geen pijn doet als het door de huid heen breekt. Wel is de vloeistof opgewarmd door de laser. Het is nog de vraag wat de patiënt voelt van die hitte.

 

Wil je het volledige artikel over de naaldloze injectie lezen? Koop dan de digitale versie van het meinummer van De Ingenieur voor € 7,50 of neem - met een korting van 25 % - een digitaal jaarabonnement van 12 nummers voor € 69,-.

 

Openingsbeeld Deze beelden gemaakt met een hogesnelheidscamera laten zien hoe bij een naaldloze injectie een druppel wordt gelanceerd. Tussen elke foto zit 4 microseconden. Foto's David Fernandez Rivas.