Je leest:

Dokter, kunt u even naar mijn nanorobot kijken?

Dokter, kunt u even naar mijn nanorobot kijken?

Auteur: | 25 september 2006

Nooit meer ziekte. Het is een droom die in de (verre) toekomst uit kan komen. De nanotechnologie, die machines bouwt van een paar moleculen groot, staat nou eenmaal voor niets. Wat kan nanotech betekenen voor onze gezondheid?

Piepkleine biosensoren die waarschuwen voordat we ziek worden en informatie over onze gezondheid doorgeven aan artsen. Medicijnen verpakt in een laagje moleculen zodat ze veilig naar hun werkplek kunnen reizen. En het immuunsysteem ondersteund door kunstmatige antilichamen. In de verre toekomst knappen nanorobotjes in ons lichaam al het vuile werk op. Vooral dat laatste vinden mensen een eng idee. Het is namelijk onduidelijk of nanodeeltjes, de bouwstenen van de technologie, niet schadelijk zijn voor de mens. In laboratoria gaan wetenschappers in ieder geval door met het ontwikkelen van nieuwe technieken.

Artistieke weergave van nanorobotjes die kwaadaardige virussen aanvallen. Dit is echt een impressie, want nanobotjes zullen er niet bestaan uit metaal, maar moleculen. bron: Immersion Studios, Inc., 2002 Klik op de afbeelding voor een groter versie.

Nanosensoren

NASA onderzoekt of het mogelijk is om in astronauten nanosensoren te plaatsen die gevaarlijke doses radioactiviteit kunnen meten en de astronaut waarschuwen. Behalve straling meten deze nanodeeltjes ook bloeddruk en hartslag. Met deze nanotechnologie kunnen doktoren snel de toestand van de patient bekijken en een diagnose stellen. Nanosensoren sporen sneller een ziekte op, waardoor doktoren tijdig kunnen handelen.

Nanosensoren zullen in de toekomst gebruikt worden bij operaties. Chirurgische intrumenten worden er mee uitgerust. De sensoren meten alles over het weefsel waarin de chirurg gaat snijden: de temperatuur, dikte, dichtheid, etc. Nog verder in de toekomst nemen nanorobotjes het werk bijna helemaal over. De chirurg stuurt alleen nog robotjes aan.

In de verre verre toekomst wordt het misschien mogelijk om nanosensoren blinde mensen weer te laten zien en dove mensen te laten horen. Nanocamera’s pikken alle data uit de omgeving op en sturen die als elektronische stroompjes naar de hersenen. Net als een normaal oor en oog.

Ooit voeren nanobots misschien operaties uit, maar vooralsnog ontwikkelen nanowetenschappers alleen sensoren die de mens waarschuwen over zijn gezondheid. Maar wat als de biosensor gaat piepen? De mens verweert zich met behulp van medicijnen. Medicijnen zijn jammer genoeg niet altijd even effectief. Gelukkig brengt de nanotechnologie ook hier uitkomst.

Nog een artist impression van medische nanobots. bron: Erik Viktor, Foresight Institute.

Cadeautjes

Tijdens de reis door het menselijk lichaam breken medicijnen langzaam af. In de zure omgeving van de maag bijvoorbeeld. Hierdoor komen ze niet op volle kracht bij de zieke cellen aan. Bovendien zijn medicijnen nogal dom: ze geven constant hun werkzame stof af, ook als het nog niet nodig is. Daarbij komt dat veel medicijnen niet oplossen in water. Hierdoor zijn ze moeilijker toe te dienen en reizen niet zo makkelijk door het lichaam heen.

Nanowetenschappers lossen deze problemen op door medicijnen in te pakken. Het medicijn wordt in beschermend moleculair pakpapier gewikkeld en kan zo veilig door je lichaam reizen. Men heeft verschillende soorten moleculen voor het pakpapier in gedachten, waaronder micellen en liposomen. Een micel bestaat uit een aantal polymeren (heel lange moleculen). Elke polymeer heeft een kop die water aantrekt en een staart die het juist afstoot. In water vormen micellen een cluster waarin de staarten naar binnen wijzen en de koppen naar de buitenkant. Dit vormt het pakketje waar het medicijn in gewikkeld wordt. Door de wateraantrekkende buitenlaag lossen die pakketjes makkelijk op in water. Een medicijn dat oplosbaar is in water is makkelijk in te nemen en te vervoeren door je lichaam. De verpakking beschermt het medicijn tegen de zure omgeving van de maag en andere gevaren.

De buitenlaag van een micel bestaat uit een waterafstotend en een waterminnend deel. In een micel wordt een medicijn beschermd tegen de buitenwereld. bron: MIT

Een andere soort verpakking wordt gemaakt van liposomen, twee vetlagen die een holte vormen. In deze holte kunnen medicijnen worden gestopt en zo door het lichaam worden vervoerd. Temperatuurverandering of elektrische schokjes pellen de rand open en laten het medicijn naar buiten. Ook zijn aan liposomen gemakkelijk andere moleculen, zoals sensoren voor het opsporen van zieke cellen, vast te maken.

Een liposoom bestaat uit een dikke vetlaag die medicijn binnenin beschermt. bron: Universiteit van Illinois in Chicago

Voor sommige ziektes zijn er geen medicijnen. Het lichaam zal het dan zelf op moeten knappen. Antilichamen zijn onze verdedigers. Zij vallen virussen aan die ons lichaam binnenvallen. Vaak gaat dit goed en winnen zij de oorlog. Maar soms gaat het fout: ze reageren te langzaam, doden ook de gezonde cellen bij een aanval of vallen deze zelfs aan zonder dat daar een reden voor is. Aan nanowetenschappers de taak om betere antilichamen te ontwerpen.

Nanobodies

Een antilichaam bestaat uit twee zware en twee lichte eitwitkettingen. Zo’n antilichaam is te ingewikkeld voor wetenschappers om na te bouwen. Ook kunnen deze antilichamen niet goed tegen de zuren in de maag. Bovendien zijn ze niet bestand tegen hoge temperaturen en daarom moeilijk te bewaren.

Nu ontdekten wetenschappers bij toeval dat antilichamen van kamelen en lama’s alleen twee zwáre eiwitkettingen hebben. Hierdoor is dit antilichaam kleiner en beter bestand tegen zuren en hoge temperaturen. Dit antilichaam is verder versimpeld en tien keer zo klein gemaakt. Deze kunstmatige antilichamen worden nanobodies genoemd. Het Belgische bedrijf Ablynx doet al een aantal jaar onderzoek hiernaar. Ze hopen dit jaar de nanobodies te testen.

Een groot voordeel van deze nanobodies is dat ze zich makkelijk hechten aan andere moleculen, zoals een enzym dat bijvoorbeeld kankercellen herkent. Vervolgens wordt de nanobody in het lichaam gespoten. Het enzym leidt de weg en eenmaal aangekomen bij een kankercel doet de nanobody zijn werk.

Bij het Belgische bedrijf Ablynx nemen ze de zware kettingen van een anti-lichaam van een kameel weg zodat een nanobody ontstaat. bron: Ablynx.com

Andere toepassingen

Het inpakken van medicijnen en het bouwen van kunstmatige antilichamen zijn de twee bekendste voorbeelden van medische nanotechnologie, maar onderzoekers werken aan nog veel meer nanogeneesmiddellen. Bijvoorbeeld bij orgaantransplantie, waarbij het niet altijd zeker is of het lichaam de nieuwe organen accepteert. Vaak moet het lichaam niets hebben van het vreemde orgaan en stoot het af. Een levenslange kuur om het immuunsysteem rustig te houden is dan de enige oplossing. Nanotechnologie bouwt organen van je eigen lichaamscellen. De kans dat het lichaam deze organen afstoot is veel kleiner.

Er bestaan apparaten die het hart en nieren nabootsen. Deze zijn verre van ideaal. Nanowetenschappers bouwen daarom nanomachines die beter kunnen samenwerken met het menselijk lichaam.

Wanneer een bloedvat gebroken is of wanneer er een bloedprop in een ader zit, krijgt het weefsel geen zuurstof meer. Binnen een paar minuten plegen de cellen zelfmoord. Nu bestaan er medicijnen die de cellen vertellen het nog even vol te houden, totdat hulptroepen (oftewel artsen) aankomen. Een leger nanobots kan die taak gerichter uitvoeren en zelfs zuurstof meenemen om het weefsel een tijdje levend te houden.

Mooie dromen

Het gaat te ver om álle toepassingen hier op te noemen, maar het is de vraag of al deze mooie dromen uitkomen. Er kunnen zich problemen voordoen die roet in het eten gooien.

Nanorobotjes geven bijvoorbeeld veel warmte af. Het menselijk lichaam kan in totaal 100 Watt warmte afvoeren zonder te zweten. Eén nanobotje produceert 10 Watt aan warmte en een hele zwerm kan dus makkelijk onze temperatuurhuishouding ontregelen. Je zal dus moeten kiezen welk nanobotje je wilt installeren.

Ook is er nog weinig onderzoek gedaan naar nanotoxicologie, oftewel de giftigheid van nanodeeltjes. Het Rathenau Instituut informeert het parlement over ontwikkelingen in de wetenschap en technologie en zo ook over de opkomst van nanotechnologie. “Over de giftigheid van nanodeeltjes bestaat grote onzekerheid. Er bestaan wetenschappelijke aanwijzingen die op giftigheid van bepaalde nanodeeltjes duiden,” zegt Bart Walhout, projectmedewerker van het Rathenau Instituut. “Maar het is onduidelijk of die onderzoeken ook werkelijk geschikt zijn om de giftigheid van nanodeeltjes te kunnen meten. Er zijn al producten met nanodeeltjes op de markt, maar er zijn nog geen problemen voorgevallen. De gevaren van nanodeeltjes zijn zeker op lange termijn nog onduidelijk en er is nog veel onderzoek nodig om die in kaart te brengen.”

Ethiek

De genoemde problemen zijn allemaal praktisch. Iedereen is het er over eens dat als nanotechnologie giftig is, je er dan beter niet meer door kan gaan. Sommigen zijn zelfs categorisch tegen het inspuiten van nanorobots in mensen. Zij vinden het eng. Walhout erkent dat het lastig is om over deze ethische bezwaren iets te zeggen: “Maar, de gebruikte toekomstbeelden worden vaak afgedaan als science fiction. Het is de vraag of dat terecht is. Feit is wel dat het onderzoek zich nu nog in een fundamenteel stadium bevindt en de toekomst dus lastig te voorspellen is.” In de medische sfeer zijn er vaker ethische kwesties. Met nanotechnologie is de discussie verder op scherp gezet.

Vooralsnog is het koffiedik kijken. Nanotechnologie kan in ieder geval veel betekenen voor de medische wereld. Nanowetenschappers zijn razend enthousiast. Maar het is de vraag of het wel veilig is en willen we het allemaal wel? Dit zal toch echt de toekomst uitwijzen.

Dit artikel is een publicatie van Rijksuniversiteit Groningen (RUG).
© Rijksuniversiteit Groningen (RUG), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 september 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.