Herbruikbare nanorobot uit Bazel vernietigt 84% van kankercellen in labtest

Stel je een robot voor die zo klein is dat hij door je bloedbaan kan zwemmen, zich op commando in elkaar zet, ter plekke een medicijn produceert, en daarna kan worden opgehaald, bijgetankt en opnieuw gebruikt. Dat is geen sciencefiction meer. Een team van de Universiteit van Bazel heeft precies dat gebouwd: een modulaire, herbruikbare nanorobot die in elkaar klikt met DNA-gebaseerd "moleculair klittenband" en in het lab al heeft bewezen kankercellen te kunnen doden [8, 9].

Onder leiding van professor dr. Cornelia Palivan ontwierpen de onderzoekers een nanorobot die lijkt op een miniatuur maanraket. Het bestaat uit twee onafhankelijke modules — een magnetische aandrijvingsunit en een laadcapsule — die zelfstandig assembleren wanneer complementaire DNA-strengen op elke module aan elkaar binden . Het DNA-"klittenband" is programmeerbaar, waardoor de modules op verzoek gekoppeld, gescheiden en opnieuw gekoppeld kunnen worden .

Hoe de nanorobot werkt

De architectuur van het systeem is bewust eenvoudig en zeer aanpasbaar:

• Modulair ontwerp: Twee aparte, herconfigureerbare modules — een magnetische aandrijvingsunit en een laadcapsule .
• DNA-gebaseerd 'moleculair klittenband': Elke module draagt complementaire DNA-strengen. Wanneer ze elkaar tegenkomen, binden de strengen en klikken de modules in elkaar tot een functionele nanorobot. Dezelfde binding kan ongedaan worden gemaakt, waardoor de modules kunnen worden teruggewonnen .
• Magnetische aandrijving: De aandrijvingsmodule is magnetisch, wat externe besturing mogelijk maakt. Een magnetisch veld kan de robot naar een doelwit leiden — zoals een tumor — en later ophalen voor hergebruik .
• Laadcapsule: De capsule bevat vier nanoschaal polymeervezels, elk gevuld met enzymen. Substraten komen binnen via kleine poriën, enzymen zetten ze om in actieve producten, en die producten worden lokaal vrijgegeven. De vezels kunnen ook selectief worden geopend om bioactieve stoffen vrij te geven .
• Aanhechtingsvermogen: Extra biomoleculen op de laadcapsule stellen de nanorobot in staat om zich vast te hechten aan specifieke celoppervlakken of materialen .

Resultaten van de HeLa-celtest

Het team testte de nanorobot op HeLa-kankercellen, een veelgebruikte menselijke cellijn in kankeronderzoek:

• Nanorobots hoopten zich op op het oppervlak van HeLa-cellen, bevestigd door fluorescente labeling .
• Uitgerust met enzymen die een antikankermedicijn produceren, verminderden de nanorobots de levensvatbaarheid van HeLa-cellen tot 16% binnen 72 uur — wat betekent dat 84% van de kankercellen werd gedood .
• De effectiviteit komt door geconcentreerde lokale medicijnproductie, direct aan het celoppervlak, in plaats van systemische toediening .

Brede toepassingen en vervolgstappen

Het modulaire ontwerp betekent dat het platform niet beperkt is tot kankertherapie. Door de laadcapsule te verwisselen, kan dezelfde nanorobot worden ingezet voor compleet andere taken:

• Gerichte geneeskunde: Therapeutische middelen direct naar tumoren of ziek weefsel brengen, waarbij de magnetische module ophalen en hergebruik mogelijk maakt .
• Industriële katalyse: De capsule vullen met andere enzymen voor on-demand katalytische reacties in de productie .
• Milieusanering: Mogelijke toepassingen zijn waterzuivering en afbraak van verontreinigende stoffen .
• Herbruikbaarheid: Modules kunnen worden gescheiden, de laadcapsule worden bijgevuld, en de modules opnieuw worden gecombineerd — terwijl de magnetische aandrijvingsunit wordt teruggewonnen en hergebruikt .
• Gebruik bij mensen: Toepassing bij mensen blijft een langetermijndoel, maar het platform is ontworpen om eenvoudig te worden aangepast door alleen de laadcapsule te wijzigen .

Het onderzoek is gepubliceerd in Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). Het werd uitgevoerd binnen het National Center of Competence in Research – Molecular Systems Engineering en het Swiss Nanoscience Institute, in samenwerking met de Universiteit van Heidelberg [8, 12].