Onderzoekers transformeren spermacellen in piepkleine microrobots

Afbeelding: Universiteit Twente.

Spermacellen zijn van nature snelle, flexibele zwemmers die door de complexe omgeving van het vrouwelijke voortplantingskanaal kunnen navigeren. Dit maakt ze veelbelovende kandidaten voor gebruik in medische microrobotica. Spermacellen zijn bijna onmogelijk te zien in het menselijk lichaam met traditionele beeldvormingsmethoden zoals röntgenstraling. Ze zijn klein, hebben een lage dichtheid en zijn bijna transparant voor straling. “Tot nu toe was het bijna onmogelijk om spermacellen in het lichaam zichtbaar te maken,” zegt UT-onderzoeker Islam Khalil, hoofdauteur van het onderzoek.

Coaten van spermacellen
Samen met onderzoekers en medici van het Radboud Universitair Medisch Centrum en de Universiteit van Waterloo (Canada) hebben onderzoekers van de Universiteit Twente echte spermacellen gecoat met magnetische nanodeeltjes. Hierdoor werden ze zichtbaar onder röntgenstraling en reageerden ze op externe magnetische velden. Voor het eerst zijn deze microrobots die gebruik maken van spermacellen nu gevolgd en gestuurd binnen een anatomisch model op ware grootte.

Eenmaal binnen kunnen ze medicijnen afleveren op moeilijk bereikbare plaatsen zoals de baarmoeder of eileiders. De medicijnen worden rechtstreeks in de spermacellichamen gebracht. “We veranderen de eigen celdonorsystemen van de natuur in programmeerbare microrobots,” zegt Khalil. Dit is mogelijk een belangrijke vooruitgang voor gerichte behandelingen van aandoeningen zoals baarmoederkanker, endometriose of vleesbomen, die op dit moment geen precieze mogelijkheden hebben om medicijnen toe te dienen.

Veilig gluren naar bevruchting
Naast het nauwkeurig toedienen van medicijnen zou de technologie ook nieuwe inzichten kunnen bieden in het mysterie van wat er in het lichaam precies gebeurt tijdens de bevruchting. Door de beweging van spermacellen op een niet-invasieve manier in het voortplantingssysteem te volgen, hopen onderzoekers een beter inzicht te krijgen in onverklaarbare onvruchtbaarheid, de transportmechanismen van spermacellen en zelfs IVF-technieken te verbeteren.

Tests toonden aan dat de sperma-nanopartikelclusters biocompatibel bleven en zelfs na 72 uur blootstelling geen significante toxiciteit veroorzaakten voor menselijke baarmoedercellen. Dit maakt ze geschikte kandidaten voor toekomstige in-vivo toepassingen.