Kleine wonderen: Micro-machines in de geneeskunde

Geschreven door Neil Osterweil Uit het doktersarchief

10 nov 2000 -- In de film Fantastic Voyage uit 1966 wordt een chirurgisch team verkleind en geïnjecteerd in de bloedbaan van een stervende man in een gewaagde poging zijn leven te redden. Maar dat is de moeilijke manier: waarom klein worden als je een leger microscopische robot paramedici kunt maken die het voor je doen?

Een paar jaar geleden zou dat hebben geklonken als een absurde fantasie, iets uit Jules Verne of H.G. Wells. Maar nanotechnologie - de wetenschap van het overhalen of manipuleren van atomen om zichzelf te assembleren tot microscopische machines of stabiele structuren - houdt de belofte in van een nieuwe industriële revolutie.

In de 19e eeuw waren kolen, olie en staal de instrumenten voor vooruitgang. In de 21e eeuw zullen het atomen zijn, microscopische buisjes met medicijnen en miniatuur robots die ziekten bestrijden, zeggen klein denkende wetenschappers met grote ideeën, die vorige week in Bethesda, Md. bijeen waren op een conferentie over nanotechnologie.

Het voorvoegsel nano-, van het Griekse woord voor "dwerg", wordt in de geneeskunde en de wetenschap gebruikt om dingen aan te duiden die uiterst klein zijn -- technisch gezien een miljardste van een "wat". Een nanoseconde is dus een miljardste van een seconde, en een nanometer is een miljardste van een meter.

Het idee om machines ter grootte van een molecuul te maken lijkt voor sommigen misschien bizar of raar, maar nanotechnologen houden de natuur een spiegel voor.

In sommige opzichten is Moeder Natuur het bewijs van nanotechnologie, zegt medevoorzitter van de conferentie Jan H. Hoh, PhD, universitair hoofddocent fysiologie aan de Johns-Hopkins University School of Medicine in Baltimore. "Mensen vragen 'kun je echt apparaten bouwen op een lengteschaal van een paar nanometer?' En het antwoord is: 'We weten dat het kan, want de natuur heeft het al gedaan', vertelt Hoh aan de dokter. "Een deel van de huidige inspanningen op het gebied van nanotechnologie zijn dit soort 'lessen uit de natuur'-projecten, waarbij je de ontwerpstrategieën en principes die de natuur gebruikt probeert te begrijpen, en je je dan afvraagt 'hoe kan ik deze strategieën gebruiken om apparaten te bouwen met geheel nieuwe functies en nieuwe eigenschappen?'"

Nanotechnologie omvat vele takken van wetenschap en technologie, van ruimteonderzoek tot energiebesparing. Een bijzonder veelbelovend gebied is de geneeskunde. Stel je eens voor wat nanorobots of "nanobots" - minuscule, alleenstaande automaten, ontworpen voor een specifiek doel - zouden kunnen doen:

"Alle machines van het leven zijn moleculair precieze machines die werken op nanometerschaal, dus het is nanotechnologie -- de versie van de natuur", zegt Rick Smalley, hoogleraar chemie en natuurkunde en directeur van het Center for Nanoscale Science & Technology aan de Rice University in Houston. "Dus voor zover we ooit zullen leren een diagnose te stellen, het te onderzoeken, het te doorgronden, te veranderen en de problemen op te lossen, zal ook dat nanotechnologie moeten zijn."

Smalley vertelt dokter dat nanotechnologie al in de geneeskunde wordt gebruikt in de vorm van door de mens gemaakte moleculen die worden gekoppeld aan giftige chemische stoffen of radioactieve deeltjes. Deze moleculen, die van nature niet bestaan, kunnen bijvoorbeeld medicijnen of dodelijke doses straling afgeven aan kankertumoren. Van daaruit is het niet zo'n grote sprong, zegt hij, om zich voor te stellen dat medicijnen worden toegediend via op microniveau vervaardigde buisjes, de zogenaamde nanobuisjes.

In zijn verklaring voor het Congres in 1999 voorspelde Smalley andere toepassingen van nanotechnologie in de geneeskunde. Deze omvatten snelle genetische analyse die een diagnose en behandeling op maat van een individuele patiënt op basis van zijn of haar genetische profielen mogelijk zou maken; duurzamere kunstmatige organen die minder snel door het immuunsysteem van de ontvanger zouden worden afgestoten; en "detectiesystemen, die het mogelijk zullen maken opkomende ziekten in het levende lichaam op te sporen en die uiteindelijk het zwaartepunt van de patiëntenzorg zullen verleggen van ziektebehandeling naar vroegtijdige opsporing en/of preventie", zegt hij.

Andere medische toepassingen van nanotechnologie die op het eerste gezicht ver weg lijken, komen in feite dicht bij huis, zegt Leslie Rubinstein, president van Renaissance Technologies in Lexington, Ky. In een interview met de dokter beschrijft hij het gebruik van praktische nanorobots voor de behandeling van verschillende medische problemen. De minuscule medische machines zouden kunnen worden gebouwd met behulp van bestaande technologie - zoals die welke wordt gebruikt om minuscule computerchips te maken. De robots zelf zouden worden ontworpen om stoutmoedig te gaan waar nog nooit een robot is gegaan, namelijk naar moeilijk bereikbare delen van het lichaam, waar het doel is iets te verwijderen dat er niet hoort te zijn.

Soortgelijke werkzaamheden worden verricht aan het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, waar Ian Hunter, PhD, hoogleraar werktuigbouwkunde en biotechniek, en zijn collega's "nanowalkers" ontwikkelen die voor de geneeskunde zouden kunnen doen wat robotsondes hebben gedaan voor de verkenning van de ruimte. De nanorobots zouden over, rond of door het lichaam kunnen kruipen om beelden te maken van en diagnoses te stellen over ziekten die verborgen blijven voor conventionele scantechnieken, medicijnen af te leveren bij tumoren of organen te repareren zonder dat een operatie nodig is.

Er zijn mensen die vrezen dat als we eenmaal de weg naar zelfassemblerende robots zijn ingeslagen, er geen weg meer terug is, en dat we op een dag wakker worden en merken dat de robots zich hebben vermenigvuldigd en een eigen leven zijn gaan leiden.

"Ze beginnen met elkaar te praten en vrij snel heb je een volledig buitenaardse kunstmatige levensvorm, een echt Franken-ding. En ik ben het ermee eens dat het angstaanjagend zou zijn als het waar was, maar ik ontken zelfs het mogelijke bestaan van dit ding," zegt Smalley.

"We zijn zo ver verwijderd van iets dat ook maar enigszins lijkt op een zelf-assemblerende robot dat het dom is om je daar nu zorgen over te maken."