Onderzoekers van het TechMed Centrum van de Universiteit Twente en het Radboud Universitair Medisch Centrum verwijderden bloedstolsels met draadloze magnetische robots. Deze innovatie kan de behandeling van levensbedreigende vaatziekten zoals trombose ingrijpend veranderen.
Hart- en vaatziekten zoals trombose zijn wereldwijd een groot gezondheidsprobleem. Wereldwijk sterft elk jaar een op de vier mensen aan aandoeningen door bloedstolsels. Een bloedstolsel blokkeert een bloedvat, waardoor het bloed geen zuurstof kan leveren aan bepaalde delen van het lichaam.
Minimaal invasieve aanpak
Huidige behandelingen werken niet altijd bij stolsels op lastig bereikbare plekken. Maar magnetische microrobots bieden hoop voor patiënten met anders inoperabele bloedstolsels. Deze kleine schroefvormige robots kunnen door complexe bloedvaten navigeren, zonder dat er draden nodig zijn.
In een nieuw onderzoek tonen onderzoekers Islam Khalil (Universiteit Twente) en Michiel Warlé (Radboudumc) de potentie van deze microrobots voor het nauwkeurig en minimaal invasief verwijderen van stolsels. In hun experimenten verwijderden de microrobots voldoende materiaal van een bloedstolsel in een heupslagader om de bloedstroom te hervatten. De heupslagader van een schaap werd gekozen vanwege de rechte en toegankelijke structuur.
Drie methoden
Het onderzoek testte drie methoden: mechanische fragmentatie, chemische oplossing en een combinatie van beide. De gecombineerde aanpak bleek het veiligst en meest effectief, omdat deze niet alleen het stolsel breekt, maar ook de fragmenten oplost. "Door ze volledig op te lossen, voorkomen we dat ze verderop een nieuw stolsel veroorzaken," legt Warlé uit. Met behulp van röntgenbeelden richt de kleine robot zich nauwkeurig op stolsels in complexe bloedvaten.
“De trans-Atlantische samenwerking was ongelooflijk lonend voor mijn team. Deze robots zijn ontworpen om te zwemmen en diep in het lichaam operaties uit te voeren, maar onderzoekers werden tot nu toe beperkt tot het gebruik van modellen en videocamera's of ultrasone sondes met een beperkt bereik. Real-time röntgengeleiding van deze kleine robots is een essentiële sprong voorwaarts op dit gebied. We ons lang voorgesteld hoe het eruit ziet, maar nu hebben we 3D-reconstructies van bloedstolsels terwijl de robot ze oplost”, zegt Aaron Becker, onderzoeker aan de Universiteit van Houston.
De robots zijn 3D-geprint en hebben de vorm van kleine schroeven, elk met een kleine permanente magneet. "Deze kleine magneet, slechts één millimeter lang en één millimeter in diameter, is zorgt ervoor dat de 'schroef' in beide richtingen kan draaien", legt Khalil uit. "Hierdoor kan de robot tegen de bloedstroom in zwemmen en zich omdraaien om terug te zwemmen." Door het schroefachtige ontwerp kunnen ze effectief door bloedstolsels boren.
Breder inzetbaar
Naast het verwijderen van bloedstolsels en het herstellen van de bloedstroom in slagaders, kan de technologie worden ingezet voor andere gerichte behandelingen. "De robots kunnen medicijnen precies afleveren op de plek waar ze nodig zijn", legt Khalil uit. "Deze aanpak minimaliseert bijwerkingen in de rest van het lichaam."
Meer informatie
Dit onderzoek valt onder de vlag van HealthTech Nexus, de strategische samenwerking tussen Radboudumc en de Universiteit Twente. Zij zetten zich samen in voor de 'unmet need' van de zorg: urgente behoeftes waar nog geen goede oplossingen voor bestaan. Binnen de UT waren de volgende geledingen betrokken; RAM-Robotics and Mechatronics, Faculteit TNW, TechMed Centrum en Biomechanical Engineering. HealthTech Nexus werkte voor dit onderzoek nauw samen met de Duitse Universiteit in Caïro, Universiteit van Houston en De Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem.
Dr. Islam Khalil is universitair hoofddocent in de onderzoeksgroep RAM - Robotics en Mechatronics (Faculteit EEMCS / TechMed Centrum). Zijn onderzoek richt zich op het modelleren en ontwerpen van motion control-systemen voor zachte microrobots, biologisch geïnspireerde microrobots, mechatronisch systeemontwerp en ongebonden magnetische micro/nanorobotica met toepassingen voor micro/nanomanipulatie, micro-assemblage en gerichte medicijnafgifte.
Hun artikel, getiteld "Wireless Mechanical and Hybrid Thrombus Fragmentation of Ex Vivo Endovascular Thrombosis Model in the Iliac Artery", is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Applied Physics Reviews en is online te lezen.
DOI: 10.1063/5.0233677
