Wasps Inspire Robotic Needle for Surgery

Opnieuw nemen wetenschappers en ontwikkelaars hun voorbeeld aan de natuur om innovatie en effectieve nieuwe inzichten te benaderen. In dit voorbeeld van biomimicry is het de Houtboorderwesp, ook bekend als de Houtwesp, die dient als inspiratie voor een nieuwe robotnaald die gebruikt zal worden bij hersenchirurgie.

Canules zijn de naalden die momenteel veelvuldig worden gebruikt in neurochirurgie. Ze zijn dun, stijf en hol, en worden gebruikt om medicijnen toe te dienen en vloeistoffen af te voeren uit de hersenen van de patiënt. Het feit dat ze stijf zijn brengt echter enkele risico's met zich mee voor de patiënt - het betekent dat ze een recht pad moeten volgen in het zachte, veranderende en kwetsbare weefsel van de hersenen.

Maar een team van onderzoekers aan het Imperial College London heeft een prototype ontwikkeld voor een flexibele robotnaald, geïnspireerd door de Houtboorderwesp. Deze naald zal het mogelijk maken om moeilijker bereikbare plaatsen in het hersenweefsel te bereiken, terwijl tegelijkertijd het risico op schade voor de patiënt wordt verminderd.

Op dit moment wordt het robotsysteem aangepast om medicijnen toe te dienen voor tumoren in de hersenen die niet goed reageren op meer conventionele behandelingen. Desalniettemin voorzien de onderzoekers al dat het mogelijk zal zijn om hun technologie toe te passen op een breed scala aan medische procedures - van het inbrengen van kleine radioactieve elementen in kankergezwellen (brachytherapie), tot het richten van lasers om kankerweefsel met grote precisie aan te vallen (laserablatie), evenals het inbrengen van elektroden in de hersenen om problemen zoals de ziekte van Parkinson te behandelen (diepe hersenstimulatie).

Professor Lorenzo Bello, van de Universiteit van Milaan, zei dat "Het systeem mogelijk een aanzienlijke impact kan hebben op de oncologie en op het gebied van neurodegeneratieve ziekten. Het biedt een innovatieve wijze van toediening van therapeutische middelen door de combinatie van flexibele naalden en intraoperatieve beeldvormingssystemen, wat de manier waarop klinische ziekten worden behandeld zou kunnen verbeteren.”

Aanzienlijke financiering is verstrekt door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie - namelijk 8,3 miljoen euro. Deze middelen gaan naar een pan-Europees project genaamd EDEN2020, dat academici, clinici en industriële ontwikkelaars samenbrengt om deze nieuwe technologie op de markt te brengen. De hoop is dat ze tegen 2020 kunnen beginnen met klinische proeven.

En dit alles is geïnspireerd door de zeer kleine Houtboorderwesp. Het vrouwtje van deze soort heeft een naaldachtig orgaan, dat wordt gebruikt om eieren te leggen. Het boort in hout en legt haar eieren parasitair in gasthelarven. De technologie lijkt dus sterk op de legbuis van de wesp: het bestaat uit drie kleine en verbonden polymeerslangen, die langs elkaar glijden en de werking van de legbuis van de wesp nabootsen. De segmenten bewegen langs elkaar in complexe patronen, wat uiteindelijk zorgt voor een enorme precisie en behendigheid.

Dr. Fernando Rodriguez y Baena, van de afdeling Werktuigbouwkunde van Imperial, zegt dat “Toeval is een prachtig iets! Ik kwam de unieke eigenschappen van deze specifieke wesp tegen toen Professor Julian Vincent, een vriend en collega, tijdens een diner uitlegde hoe de gebogen legbuis werkte. Plots vroeg ik me af of we deze eigenschap in robottechnologie voor de medische wereld konden nabootsen om de toediening van behandelingen te verbeteren. Zes jaar in het project hebben we nu een medisch verantwoord, klinisch formaat werkend prototype, waarvan we hopen dat het uiteindelijk de resultaten en hersteltijden voor patiënten met hersenziekten zal verbeteren.”

Biomimicry slaat opnieuw toe!

Bron: Imperial College News