Eén van de bekendste motortjes uit ons lichaam: de staart van de spermacel.

Ted Tollner, UC Davis

Ted Tollner, UC Davis

In de geneeskunde en nanotechnologie staan nanomotors en mini-biorobots steeds meer in de spotlights. Ze worden gezien als de medicijnkoeriers van de toekomst.

Oliver Schmidt en zijn collega’s van het Duitse Institute for Integrative Nanosciences maakten de eerste op sperma-gebaseerde micro-robot. In hun ontwerp combineerden ze individuele spermacellen met minuscule magnetische buisjes. De resultaten staan beschreven in het tijdschrift Advanced Materials.

Roterend motortje

Spermacellen zijn van nature al mini-motortjes. Een spermacel kan zelfstandig naar een eicel toe zwemmen dankzij zijn zweepstaartje: een uitstulping van eiwitdraden dat ronddraait en zo de cel voortstuwt. Dit propellertje zie je, in iets andere vorm, ook bij bacteriën. Deze fascinerende motortjes uit de natuur zijn de grootste inspiratiebron voor wetenschappers bij het ontwerpen van kunstmatige nanomotoren.

Voor de spermarobot maakten de Duitsers eerst magnetische buisjes van ijzer en titanium van vijftig micrometer lang. De diameter van het buisje was ongeveer zes micrometer: precies breed genoeg voor de kop van een spermacel. Ze mixten de buisjes in een oplossing met spermacellen van een stier. De ene kant van het buisje was wat smaller dan de andere kant, met als resultaat dat spermacellen die erin zwemmen erin gevangen raakten. Hun kop zit klem terwijl het staartje nog vrolijk kan bewegen aan het andere uiteinde.

Om de richting waarin de spermbot zwemt te kunnen beheersen maakte het team gebruik van een magnetisch veld. De magneet trekt van buitenaf aan de magnetische buisjes. Het online magazine Discover beschreef de ontdekking als een op afstand bestuurbare robot: het sperma start de motor en de wetenschappers bepalen de navigatie.

Zie in onderstaand filmpje de spermbots in actie.

Medicijnkoerier

Spermacellen zijn niet de enige optie om een biorobotje mee te maken. Andere organismen met een zweepstaart moeten in principe ook dienst kunnen doen als motor van het geheel. Maar aan spermacellen zitten wel veel voordelen: ze zijn makkelijk verkrijgbaar, hoeven niet in een schaaltje opgekweekt te worden, zijn onschadelijk voor het menselijk lichaam en zijn het gewend door stroperige vloeistof te bewegen.

Volgens de onderzoekers was het onderzoek alleen bedoeld om te demonstreren dat het sperma-motortje van buitenaf te besturen is. Maar de spermbot kan een veelbelovend robotje worden als alternatief voor in vitro fertilisatie (IVF), zeggen ze erbij. Dan hoeft bevruchting niet meer in een petrischaaltje te gebeuren maar kan je in principe de hybride motortjes in het lichaam naar de eicel toe leiden. Ook als medicijnkoerier heeft de spermbot een toekomst.