Onderzoekers ontwikkelen microgrijpers voor operaties

Amerikaanse onderzoekers ontwikkelen op afstand bedienbare micro-robots met grijpers die levende cellen kunnen transporteren. De minuscule robots moeten het eenvoudiger en minder belastend maken om biopsieën te doen.

Een onderzoeksgroep van de Johns Hopkins-universiteit onder leiding van David Gracias heeft grijpers ontwikkeld die zonder draden binnen een lichaam hun werk kunnen uitvoeren. De apparaten kunnen gebruikt worden om biopsieën uit te voeren, waarbij levende cellen uit het lichaam weggenomen worden. Om deze procedure zo min mogelijk invasief te maken, zodat de patiënt snel herstelt en weinig hinder van het onderzoek ondervindt, kunnen de grijpers draadloos bediend worden. Een incisie om het weefsel te bereiken of het gebruik van buizen om instrumenten in het lichaam te brengen is daardoor niet noodzakelijk. Bovendien zouden de apparaten goedkoop en massaal geproduceerd kunnen worden.

De micro-gereedschappen van de onderzoekers hebben een doorsnede van ongeveer 0,1mm en bestaan uit een centrale 'palm' waaraan zes scharnierende grijpers zijn vastgemaakt. De grijpers bevatten nikkel en worden door een laagje goud beschermd tegen invloeden van buitenaf. Dankzij het nikkel kunnen de werktuigen worden bewogen met een magneet die zich buiten het lichaam van de patiënt bevindt. Met behulp van mri- of ct-technieken kunnen de microgrijpers binnen het lichaam gevolgd worden. De grijpers kunnen van buitenaf worden gesloten door de apparaten in contact te brengen met chemicaliën of door de temperatuur plaatselijk licht te verhogen.

De zes armen van de apparaten worden met een fotolithografisch proces gefabriceerd en hebben drie scharnieren. In de scharnieren zorgen dunne lagen chroom en koper voor een neiging de armen automatisch te sluiten, maar een polymeerhars voorkomt deze beweging. Door de temperatuur tot ongeveer veertig graden celcius te verhogen, wordt het hars zachter en sluiten de grijpers. Bepaalde niet-giftige biochemische stoffen hebben eveneens een weekmakende invloed op het hars, waardoor de grijpers ook chemisch bediend kunnen worden.

Het sluiten van de grijpers is een eenrichtingsproces: na gebruik kunnen de apparaten hun last niet meer loslaten. De onderzoekers werken nog aan een volgende generatie grijpers, die zich wél weer kunnen openen en meer autonomiteit hebben. Voor dit vervolgonderzoek hebben ze een subsidie van anderhalf miljoen dollar ontvangen. De komende jaren zouden de apparaten geschikt moeten worden gemaakt om ze in praktijksituaties in te kunnen zetten voor biopsieën. Een andere toepassing is het met grote precisie lokaal 'afleveren' van medicijnen. Gracias hoopt de grijpers bovendien door te ontwikkelen tot volwaardige micro- of zelfs nano-instrumenten voor chirurgie.

Reacties (22)

Dit vind ik echt gaaf om te zien. De ontwikkelingen gaan steeds meer richting de "Nanoprobes" van de Borg.
Denk je de mogelijkheden eens in.. Behalve het lokaal afleveren van medicijnen, of bestrijders (van kankercellen bijvoorbeeld) kan dit misschien ook andersom toepasbaar zijn.. Lokaal verwijderen van cellen, zoals wederom kankercellen bijvoorbeeld. Kost je heel wat van die apparaatjes, maar als ze zo geprogrammeerd kunnen worden dat ze de kwaddaardige kankercellen opsporen, vastgrijpen en afbreken / afvoeren. Zou een goede vervanger kunne worden van de chemotherapie zoals we die nu kennen (hoewel andere technieken hebben bewezen dat chemo in een aantal gevallen ook weer achterhaald is)..

Tsja, als nanotechnologie ècht ontwikkeld zou worden met kleine robotjes, dan worden zo ongeveer alle ziektes geneesbaar. Kanker? Gewoon nanoprobes programmeren om alle kankercellen op te zoeken en te vernietigen. Aids? Nanoprobes alle viruscellen laten opzoeken en vernietigen. Etc.

De heilige graal van de medische wereld lijkt me dus

en de negatieve kant is dat je dan kan iemand doden zonder sporen na te laten. Zoals de bloedstoevoer afsnijden, hersenschade toebrengen en de apparaatjes nadien verwijderen.

Nu ja, tijd zal een methode opleveren die deze wel kan opsporen natuurlijk.


Verder vraag ik mij af of deze manipulatortjes niet gevoelig zijn aan storingen. Een toevallig magnetisch veld in de omgeving zou wel eens ongewenste effecten kunnen veroorzaken.

Mensen, dit is geen robot. Het is slechts een minuscuul grijpertje wat kan dichtslaan mbv chemicaliën of temperatuurverschil. Robots of eventueel toekomstige nanoprobes e.d. zou je kunnen programmeren; dit is 'gewoon' mechanisch.. De term robot komt in het bronartikel dan ook nergens voor.

eeeeh robotjes ... magnetisch ..... mri

heb op youtube filmpjes gezien van proef met gasflessen en het aanzetten van een MRI scanner.

gevolgen waren enorm.... worden de robotjes niet door je huid getrokken door de mri scanner, niet vergeten dat mri scanner 1.5 tesla is...
en dat is een verdomd groote magneet !!!

dan wordt dat robotje gewoon door je ingewanden eruit getrokken... tenmsinte dat lijkt mij

[Reactie gewijzigd door shadow_tj op 14 januari 2009 11:26]

Hier dacht ik dus ook aan, maar heb nog niks kunnen vinden/opzoeken of berekenen om te bewijzen dat het magneetveld inderdaad sterk genoeg is om dit voor mekaar te krijgen.

Wel weet ik dat als je met een ring om je vinger te dicht bij zo'n grote magneet komt te staan, deze van je vinger af kan schieten en met een noodvaart richting die magneet vertrekt. Lijkt met niet fijn om met je hoofd in de baan van dat projectiel te zijn.

[Reactie gewijzigd door spier084 op 14 januari 2009 17:33]

ik las ook iets dat ze van goud + nikkel waren gemaakt... deze metalen zijn misschien laag tot niet magnetisch?

Nikkel is wel zeker magnetisch:
http://en.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetic

Iemand enig idee hoe het magnetisch besturen en MRI zouden moeten samenwerken? Conflicteert dit niet met elkaar?

Dit conflicteert inderdaad met elkaar. Voor een MRI scan dien je in een grote magneet te gaan liggen met een magneetveld van rond de 1.5 tot 3 Tesla. De probe zal hierdoor waarschijnlijk onbestuurbaar worden. Maar om de probe nou met een CT scanner te volgen is weer een ander verhaal, denk aan het risico op schade door straling.

Waarschijnlijk is het de bedoeling dat MRI scanners alleen bekijken of de probe daadwerkelijk op de locatie aanwezig is waar het biopsie genomen zou moeten worden.

Hmm.. zal zo'n probe door zo'n scan met dat soort magneetvelden niet door de patient heen worden getrokken en uiteindelijk belanden op de scanner zelf?

Goed punt, als je iemand met die dingen in zich binnen een MRI plaatst dan beeld ik me een behoorlijk pijnlijk tafereel in..

Hoeft helemaal niet te conflicteren...

Magnetisch bewegen/besturen doe je met een gradient in het magnetisch veld. (Omdat magneten dipolen zijn, en geen monopolen) Bij een homogeen veld, beweegt een magneet niet. (De krachten op de beide polen zijn evengroot en tegengesteld.

Binnen in een MRI staat er een relatief homogeen veld. En dus krijg je geen grote krachten. Buiten de MRI, staat er natuurlijk wel een gradient.


edit: Even voor de goede orde... Een magneetveld van 1.5 Tesla zegt niets. Ieder huis tuin en keuken magneetje krijgt ook 1.5 Tesla voor elkaar. Wat bijzonder is bij een MRI, is dat dat gebied waar die veldsterkte heerst zo groot is als een mens. (En bij je keuken magneet, ter grote van mm's...) Maar dat opzichzelf betekent juist dat het ook een kleine gradient heeft.

[Reactie gewijzigd door AHBdV op 14 januari 2009 18:08]

Fantastische ontwikkeling ! Vooral het lokaal afleveren van medicijnen. Dit zou dus betekenen dat je lokaal antibiotica bij een ontsteking zou toe kunnen dienen, dus minder zou moeten nemen en dus ook niet je hele systeem ermee belasten dus minder bijwerkingen. De pharmaceutische industrie zal misschien proberen die ontwikkeling tegen te houden. En hopelijk is dit de eerste stap richting bruikbare nano technologie. Zou enorm veel schelen als je niet helemaal opengesneden hoeft te worden voor ene operatie, ..geen narcose meer, geen ziekenhuisverblijf meer van weken, gewoon binnen en buiten. Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn.

"De zes armen van de apparaten worden met een fotolithografisch proces gefabriceerd en hebben drie scharnieren. In de scharnieren zorgen dunne lagen chroom en koper voor een neiging de armen automatisch te sluiten, maar een polymeerhars voorkomt deze beweging. Door de temperatuur tot ongeveer veertig graden celcius te verhogen, wordt het hars zachter en sluiten de grijpers"

Echte scharnieren zijn het dus niet, door middel van van verwarmen sluiten de scharnieren.
Natuurlijk wel grappig bedacht, maar het zijn dan gewoon gemixte metalen waar spanning of een zwakte punt zit, die in krimpt als het te warm word waardoor die sluit, en dan op minimalistisch niveau.

Het wachten is op de Nanoprobes


Natuurlijk, een fantastische ontwikkeling!

In het nieuwsitem hier klinkt het alsof die probes daadwerkelijk al bij mensen / dieren tot inzet komen. Dit is niet het geval. Tot nu waren de onderzoekers slechts in staat om een paar cellen los te trekken van een stukje weefsel dat in een smalle glasbuis zat.
Het is wel een begin maar er is zeker nog veel te doen.

In principe zou je met een extreme doorontwikkeling van deze probes het menselijk afweersysteem (witte bloedcellen) kunnen gaan robotiseren.

Het zou zelfs mogelijk zijn op lange termijn om de bloedbaan bij te staan met extra mechanische "rode bloedcellen"

Door de temperatuur tot ongeveer veertig graden celcius te verhogen, wordt het hars zachter en sluiten de grijpers.

Wat nu als iemand koorts of i.d. heeft? Dan kan de temperatuur van het lichaam er toch ook voor zorgen dat de sluiters grijpen en het lijkt mij dat dit nooit goed kan zijn voor het lichaam .

Amerikaanse onderzoekers ontwikkelen op afstand bedienbare micro-robots met grijpers die levende cellen kunnen transporteren.

Toen ik bovenstaande zin in de eerste alinea las, dacht ik meteen aan nanoprobes (een Borg technologie, uit Star Trek series).
Ik heb een plaatje gevonden dat een van de nanoprobes een cel probeert vast te grijpen.

http://images3.wikia.noco.../Nanoprobes_in_action.jpg
(Geen paniek, dit is een plaatje uit de Star Trek series, dus niet echt )

Gelukkig is deze nieuwe technologie nog onschuldig, maar in de toekomst??????
Gaat een krankzinnige wetenschapper ons tot borgs proberen te maken? Wie gaat het toezicht houden zodat het technologie niet misbruikt wordt?

[Reactie gewijzigd door Dark Angel 58 op 14 januari 2009 15:17]

lijkt me sterk dat er op welk moment dan ook een MRI scanner gebruikt zal gana worden icm ferromagnetisch materiaal in het lichaam.

ik heb per ongeluk ooit eens een pen binnen in de ruimte gebracht(een MRI staat in een kooi van farraday om het magneetveld af te schermen) dat voel je direct in je zak. en ik stond nog niet eens dichtbij de scanner. om je een idee te geven http://www.simplyphysics.com/flying_objects.html
als je wat foto's doorscrolt zie er een waar er 4 mannen nodig zijn om een simpel krukje eruit te trekken. en dit is nog maar een 1.5 tesla apparaat tegenwoordig zijn er al redelijk wat 3T apparaten en sterkere in ontwikkeling. lijkt me onprettig om iets magenetisch in je lijf te hebben als je de MRI ingaat.

sidenote:
dit soort ongelukjes zijn heel erg prijzig omdat ze meestal lijden tot een noodshunt. dit is het lozen van de vloeibare stikstof en helium die de supergeleidende magneet koelen. prijzig om weer te vullen en ook staat het apparaat enkele dagen stil. wil je dus niet graag hebben.