Zwemmende microrobotjes brengen kankermedicijn naar hersentumor

Het is Chinese onderzoekers gelukt om een kankermedicijn de hersenen in te smokkelen met microrobotjes gemaakt uit witte bloedcellen. Bijzonder is dat ze een zwerm van deze zogeheten ‘neutrobots’ met een magneet precies naar een tumor in muizenhersenen konden sturen, waar die het medicijn vrijlaten.

Een hersentumor kun je het beste behandelen met medicijnen direct in de hersenen. Dat is nogal een uitdaging, want het lichaam heeft een sterke verdedigingslinie om dit belangrijke orgaan gevormd, de bloed-hersenbarrière.

Deze natuurlijke grenswachter zorgt ervoor dat schadelijke stoffen die in het bloed zitten niet in het hersenvocht terecht kunnen komen. De bloed-hersenbarrière laat nuttige stoffen zoals zuurstof en hormonen (en alcohol) wel door, maar geneesmiddelen vaak niet.

Microrobotjes

De geneeskunde is al lang op zoek naar methoden om medicijnen de bloed-hersenbarrière te laten passeren. Chinese onderzoekers hebben daarvoor nu microrobotjes ontwikkeld. Ze lieten zien dat deze robotjes, neutrobots genoemd, inderdaad in staat waren in de hersenen van muizen met een hersentumor te dringen. Daar gaven ze het medicijn af en de muizen leefden langer.

Zhiguang Wu, hoogleraar aan het Harbin Institute of Technology in China en een van de hoofdonderzoekers, is trots op het resultaat: ‘Het heeft ons acht jaar onderzoek gekost om te bereiken wat we nu kunnen: het doelgericht afleveren van een geneesmiddel in de hersenen door een zwerm zwemmende en bestuurbare microrobotjes.’

Een neutrofiel (witte bloedcel) neemt zelf stoffen op in een proces dat fagocytose heet, zoals in dit geval een nanogel die magnetische deeltjes en een kankermedicijn bevat. (Elektronenmicroscoop-opname van de neutrobot, het streepje is 2 micrometer lang).

Camouflage

De onderzoekers gebruikten een neutrofiel, een type witte bloedcel, om de bloed-hersenbarrière om de tuin te leiden. Neutrofielen kunnen die barrière namelijk wel ongehinderd passeren. Bovendien kunnen neutrofielen andere cellen of deeltjes inkapselen in een proces dat fagocytose heet.

Dat proces gebruikten de onderzoekers om een nanogel met magnetisch ijzeroxide en het kankermedicijn paclitaxel in de neutrofielen te brengen. Ook camoufleerden ze de neutrofielen met een membraanlaagje van de bekende bacterie E. coli.

Rollen door de aderen

Vanwege de magnetische deeltjes konden ze de aangepaste neutrofielen, die ze 'neutrobots' noemen, laten bewegen met een roterend magnetisch veld. De neutrobots rollen letterlijk door de aderen heen, volgens de onderzoekers, en bereiken op die manier hun doel: de tumor.

Bovendien lieten ze zien dat een zwerm van meerdere neutrobots sneller beweegt in het magnetisch veld dan een losse microrobot. Dat ze de neutrobots daadwerkelijk konden sturen bewezen de onderzoekers door onder een microscoop allerlei patroontjes vast te leggen die ze de robotjes lieten afleggen, zoals een ster. Het lukte ook om ze tegen een gesimuleerde (bloed)stroom in te laten zwemmen.

Een zwerm robotjes gaat sneller

Een tweede manier waarop de neutrobots bewegen is door een concentratiegradiënt van chemokine, een stof die de tumor uitscheidt. Neutrofielen worden van nature aangetrokken door hoge concentraties chemokinen. Elders in het lichaam dient dat mechanisme om ontstekingen te lijf te gaan.

De onderzoekers gebruikten deze eigenschap slim om de neutrobots zelf hun weg te laten zoeken naar de tumor. Tevens zorgen de chemokinen ervoor dat de neutrobot zijn inhoud, het geneesmiddel paclitaxel, weer vrijgeeft juist als hij bij de tumor is aangekomen. De muizen waarop de Chinezen experimenteerden leefden daardoor langer en ondervonden geen nadelige effecten van de andere componenten in de microrobots.

Testen bij mensen

De onderzoekers werken al samen met ziekenhuizen om de neutrobots ook te testen bij mensen, zegt Wu: ‘Nu we hebben laten zien dat muizen baat hebben bij deze behandeling, willen we de neutrobots graag geschikt maken voor echte toepassingen. Dus wie weet duurt het niet te lang meer voordat de sciencefiction-verhalen van nanorobotjes werkelijkheid worden.’

De onderzoekers hebben de resultaten gisteren gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Robotics, met daarnaast een goed leesbare uitleg.