Je leest:

Een slak tussen je billen

Een slak tussen je billen

Dimitra Dodou ontwierp bij de TU Delft een nieuw soort colonoscoop. Het instrument beweegt zich door de darm op een manier die vergelijkbaar is met de manier waarop slakken bewegen.

Darmonderzoek met een colonoscoop is verre van prettig. Dimitra Dodou van de TU Delft ging daarom op zoek naar een andere manier om een instrument in de darm te brengen. Ze liet zich daarbij inspireren door de wijze waarop slakken zich voortbewegen. Dodou promoveerde maandag 18 september.

Een slak tussen je billen, dat klinkt niet erg aangenaam. Maar de huidige manier van darmonderzoek is dat nog veel minder. Om de binnenzijde van de darmen te inspecteren (onder andere van belang voor het vaststellen van darmkanker) gebruiken artsen een colonoscoop. Dat is een duur woord voor ‘darmkijker’; een lange, dunne en flexibele slang die ze langzaam de darm in schuiven. Gemakkelijk gaat dat niet want de darmen liggen in de buikholte als de weg op de Alpe d’Huez; kronkelig, met hele scherpe bochten. Als de colonoscoop door zo’n bocht geforceerd wordt, kunnen felle krampen optreden. Bovendien dreigt gevaar van een levensbedreigende perforatie van de darmwand.

Colonoscopie. Links een afbeelding van de darmen, rechts een weergave van onderzoek van de dikke darm met een colonoscoop.

Onderzoekers op het gebied van de biomedische techniek zoeken al jaren naar een alternatieve manier om de colonoscoop door het darmkanaal te bewegen. Het liefst zien ze dat het apparaat zichzelf door de darm voorttrekt; dat levert veel minder ongemak en gevaar dan het van achteren voortduwen van de colonoscoop. Bovendien opent dat de weg naar zelfstandig functionerende probes die bijvoorbeeld draadloos hun beeld naar de artsen overseinen. In laboratoria wereldwijd is inmiddels een aantal ingenieuze robotische mechanismen ontwikkeld, maar die hebben vrijwel allemaal moeite met de glibberige slijmerige binnenzijde van de darm. De apparaatjes proberen zich als het ware op de darmwand vast te zuigen of te klemmen maar kunnen daardoor pijn en schade veroorzaken. En het was juistde bedoeling dat te vermijden.

Glijden en hechten

De Delftse onderzoekster dr.ir. Dimitra Dodou promoveerde 18 september op een aanpak waarbij het darmslijmlaagje (het mucus) niet genegeerd maar juist benut wordt. Ze keek daarbij met een schuin oog naar de manier waarop slakken zich voortbewegen. Een slak laat een slijmspoor achter op de ondergrond. Het slakkenslijm werkt tegelijkertijd als smeermiddel om te kunnen glijden én als lijm om zich te kunnen vasthechten.

Zonder slijm is een slak volkomen stuurloos. Slakkenslijm is zowel visceus (vloeibaar) als adhesief (kleverig). Het fungeert daardoor niet alleen als smeermiddel om te kunnen glijden, maar ook als lijm, waardoor het beestje zich af kan zetten. De slak bespeelt de eigenschappen van het slijm door met de spieren onder zijn voet een golfbeweging te maken. Bij de ‘toppen’ van die golven is de druk op de slijmlaag het hoogst en daar wordt het slijm vloeibaar. Tussen de golven in, waar de druk relatief laag is, blijft de tussenlaag kleverig. Daar kan de slak zich dus afzetten. Door de golven zich nu onder de voet te laten verplaatsen duwt de slak zich vooruit.

De Delftse darmrobot zou ook op zo’n manier de slijmlaag moeten benutten. Om dat te bereiken voorzag Dodou het apparaatje van een muco-adhesief; een polymeer dat goed aan slijmerige oppervlakken hecht. Ze oefende op een varkensdarm en stelde vast dat muco-adhesieven in de vorm van een dunne film veruit de hoogste hechting opleveren.

Schuiven

De volgende stap was het ontwerp van de ‘darmslak’. Het was niet mogelijk net zoals de bekende tuinslak de robot met ‘drukgolven’ te laten bewegen omdat de darmwand onder invloed van druk zou vervormen. Dodou ontwikkelde een elegante oplossing voor dit probleem. Ze omringde de darmrobot met kleine vlakjes die in de lengterichting van de darm langs elkaar kunnen schuiven. Voorzichtig schuift steeds één vlakje naar voren tot alle vlakjes in de voorste stand staan. Daarna schuiven ze allemaal tegelijk terug naar de achterste stand. Het effect is dat het robotje daarbij naar voren wordt getrokken:

De ‘truc’ achter deze manier van voortbewegen is dat het kleine vlakje relatief gemakkelijk voorwaarts is te schuiven omdat alle andere vlakjes voor zoveel méér wrijving zorgen dat de darmrobot stevig ‘verankerd’ blijft.

Experimenten van Dodou toonden aan dat niet alleen de grootte van het filmoppervlak, maar ook de vorm van invloed is op de gegenereerde wrijving. Zo is het opvallend dat de wrijving toeneemt als het oppervlak afneemt (als in de film van het muco-adhesief gaten worden aangebracht). Er zijn dus mogelijkheden om de wrijving te beïnvloeden.

Prototype

De Delftse onderzoekgroep is momenteel bezig een prototype te bouwen dat in (levende) varkens getest kan worden. Dimitra Dodou vertelde vorig jaar tegen het universiteitsblad Delta dat haar darmslak een snelheid zou kunnen halen van ongeveer twee meter per uur. Daarmee zou een colonoscopie (bij mensen) ongeveer een half uur duren, vergelijkbaar met de huidige procedure. De potentie voor toepassing is er dus, maar het is nu eerst wachten op de resultaten van de dierexperimenten. En voordat de eerste Nederlander dan echt een ‘slak’ tussen zijn of haar billen krijgt, zijn we al wel een jaar of wat verder.

Artist impression van de constructie van de ‘darmslak’ van Dimitra Dodou.

Project BITE

Het onderzoek van Dimitra Dodou is een voorbeeld van biologisch geïnspireerd ontwerpen; een belangrijk aandachtspunt is in het Biomedisch Technologisch onderzoek van de Delftse faculteit 3mE (Mechanical, Maritime and Materials Engineering). Onder de Engelse afkorting BITE ( Biologically Inspired TEchnology).deed een TUD-team vorig studiejaar mee aan ‘Battle of the Universities’ om de Academische Jaarprijs 2005/2006, een initiatief van NRC Handelsblad. Opdracht van de wedstrijd was om wetenschappelijk onderzoek te vertalen voor een breed publiek. Het Delftse team maakte daar werk van met een informatieve website met toegankelijke projectbeschrijvingen:

Klik hier voor een PDF met meer informatie over het BITE project van Dimitra Dodou.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 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.