Onderzeeërs in de strijd tegen kanker
Zwemmende kleine robots bieden nieuwe manieren om kankergeneesmiddelen precies daar af te leveren waar ze het meest nodig zijn, waardoor nieuwe behandelingen mogelijk worden.
Tania Patiño Padial begon aan het Instituut voor Bio Engineering van Catalonië (IBEC) in Barcelona te werken aan micro- en nanorobots die kunnen zwemmen. Deze kunnen worden gebruikt om gericht medicijnen af te geven in het menselijk lichaam. Ze zet haar onderzoek nu voort als assistent-professor bij ICMS. “De crux zit hem in de multidisciplinaire communicatie. Het robotontwerp en de beweging zijn natuurkunde, het brandstofsysteem is scheikunde, de biologische compatibiliteit en targeting zijn microbiologie en de medicijnafgifte is farmacologie.”
“Met slimme nano-bio-apparaten proberen we de natuur na te bootsen”, legt Patiño Padial uit. “Enzymen zijn natuurlijke katalysatoren die actieve beweging kunnen genereren door chemische energie om te zetten in beweging.” De selectie van het juiste enzym voor een specifiek doel is verre van triviaal. Een platina coating kan bijvoorbeeld worden gebruikt als anorganische katalysator voor een reactie op basis van waterstofperoxide. Er worden belletjes gevormd die het apparaat in beweging zetten.
Bij IBEC rustte Patiño Padial dit enzymatisch transportsysteem uit met het enzym urease, dat de hydrolyse van ureum in ammoniak en kooldioxide katalyseert. Het was de ideale opstelling tegen blaaskanker, omdat de blaas kan fungeren als een gigantische brandstoftank voor het apparaat. “We injecteerden het in de blaas van muizen en volgden de functionaliteit via medische beeldvorming”, zegt Patiño Padial. “De richtbaarheid bleek een uitdaging. Bovendien zullen de meeste toepassingen niet in de blaas zijn, maar in de bloedbaan. Het was een mooie proof of concept, maar er bleven genoeg uitdagingen over.”
Functionaliteiten integreren
In het Francesco Ricci Lab van de Universiteit van Rome werkte Patiño Padial vervolgens aan DNA als nanomateriaal. “Het is leuk materiaal om mee te spelen”, zegt ze. Ze streefde naar een geoptimaliseerde vorm en een meer gecontroleerd ontwerp van de nanobots. “Mijn plannen bij ICMS gaan in dezelfde richting: synthetisch DNA gebruiken zoals Lego. Dat zou ik kunnen gebruiken om de plaats van de herkennings-, brandstof- en bewegingsonderdelen te optimaliseren. De sleutel tot het overwinnen van de huidige uitdagingen is het integreren van meerdere functionaliteiten door middel van immuno- en tissue-engineering en computational modelling.”
Ideale omgeving
Dit moet de 'nano-onderzeeër' bijvoorbeeld in staat stellen immuuncellen tegen kanker te herkennen en te activeren. Patiño Padial: “3D-celkweekstudies en muizenmodellen zullen uiteindelijk leiden tot een robot die dat ook echt bij mensen doet. De complementaire vaardigheden van de groepen van Jan van Hest, Tom de Greef en anderen bij ICMS en met de banden met het Radboud Universitair Medisch Centrum in Nijmegen, creëren de ideale multidisciplinaire omgeving voor dit soort onderzoek.”
Het artikel 'Submarines to fight cancer' verscheen voor het eerst in ICMS Magazine 18, 2022. Het artikel is geschreven door Leendert van der Ent.
Meer over ICMS
Het laatste nieuws
