Duurzame medische instrumenten voor ontwikkelingslanden

Sterilisatie van vrouwen is in India sinds de jaren zeventig de meest gebruikte methode van geboortebeperking. Dat is volgens de nationale overheid nodig om de groei van de bevolking onder controle te houden. Anders zou India in 2028 China inhalen, wat op dit moment het land is met de meeste inwoners ter wereld. Hoewel stevige kritiek op dit sterilisatiebeleid bestaat, er zijn immers ook minder ingrijpende manieren om minder kinderen te krijgen en bovendien daalt het geboortecijfer al door de toename van welvaart in India, wordt meer dan één op de drie vrouwen vandaag de dag gesteriliseerd. Regelmatig zelfs met dodelijke afloop. 

Operaties vinden plaats in soms twijfelachtige privé klinieken. Vrouwen ondergaan dan vaak een open operatie via een grote incisie, waardoor het herstel lang duurt. Bovendien zorgt een niet-steriele omgeving voor een grote kans op infecties

dr. ir. Tim Horeman, universitair docent in ‘Sustainable Surgery’ op het gebied van biomedische technologie aan de faculteit 3mE en mede oprichter van vier techno-starters.

“Daarom wil ik instrumenten ontwikkelen om laproscopisch te steriliseren in India”. Met laproscopie, ook wel bekend onder de naam minimaal-invasieve chirurgie, maakt de arts een klein sneetje in de buik, brengt dan een instrument en een cameraatje in het lichaam en plaatst – in dit geval – een clipje om de eileider heen. “Door deze manier van opereren hoeft de arts minder weefsel door te snijden, waardoor een vrouw binnen een paar uur weer mobiel is”.

Onlangs kregen Horeman en zijn collega prof. dr. Jenny Dankelman, hoogleraar minimaal-invasieve chirurgie en interventietechnieken bij de afdeling BioMechanical Engineering, een significante financiering van NWO/ZonMW toegekend voor hun initiatief. In hun onderzoek willen ze betaalbare en vernieuwende instrumenten ontwikkelen voor de minimaal-invasieve chirurgie, waardoor ziekenhuizen in ontwikkelingslanden deze vorm van opereren ook zouden kunnen gebruiken. Niet alleen in het ziekenhuis, maar ook buiten de steriele operatiekamer. Daarmee zouden sterilisaties zowel goedkoper, veiliger als makkelijker worden. Dankelman en Horeman werken in dit onderzoek samen met dr. Prashant Jha van de School of International Biodesign van AIIMS en IIT Delhi en zijn Indiase partners van de operatieafdeling en de afdeling Community Medicine van AIIMS Delhi.  

Zelf is Horeman het liefst in het minimal invasive surgery and interventional technics lab (MISIT), dat zich op de begane grond van 3mE bevindt. Hier ontwikkelen hij en zijn collega’s allerlei verschillende instrumenten voor minimale-invasieve chirurgie. De biomedisch technoloog laat de gouden standaard zien voor de laproscopische grijper (8 millimeter) die nu op de markt is en wordt bestuurd door operatierobots. “Dit instrument wordt aangestuurd door vier motoren die het instrument in twee zijwaartse richtingen kunnen laten draaien en open en dicht kunnen laten klappen”, zegt Horeman, die het instrument uit elkaar haalde en 72 onderdelen telde, zoals pennetjes, wieltjes, busjes, veertjes en kabeltjes. “De trend is dat instrumenten zoals deze worden weggegooid na een paar operaties. Dat komt omdat ze niet te demonteren zijn en dus ook niet schoon te maken”, zegt hij. “Daar komt nog bij dat er steeds vaker een operatierobot wordt gebruikt; per jaar komen er nu al 55  robots bij . Misschien ambitieus maar wetenschappers verwachten dat in 2025  maar liefst 35 procent van alle laparoscopische operaties met robots gebeurt (Forbes). Als je dan nog steeds dezelfde instrument techniek zou gebruiken, dan wordt de vuilnisbelt met 10 miljoen gebruikte instrumenten gevuld per jaar. 

Voor deze standaard grijper bedacht Horeman al hele duurzamere variant. “Er zitten drie lagen buisjes in”, zegt de onderzoeker die meteen laat zien hoe je de nieuwe grijper, die 5 millimeter dunner is dan de bestaande en bovendien 70 procent minder onderdelen bevat, demonteert. “Je kunt deze volledig uit elkaar trekken en houdt dan alleen de buisjes en instrument tip over, die je openklapt en vervolgens met de standaard sterilisatieprocessen in het ziekenhuis kunt schoonmaken”. Door deze herbruikbaarheid worden enorme kosten bespaard voor het ziekenhuis, waardoor de minimaal-invasieve operaties voor landen als India betaalbaar worden. “De instrumenten die je bij robotchirurgie steeds weg moet gooien,  kosten zo’n 4000 tot 5000 Euro per procedure extra, bovenop wat laproscopie normaal kost. Deze nieuwe techniek, dat nu onder licentie verder ontwikkeld is binnen het bedrijf Surge-On medical, maakt de medische wereld dus niet alleen duurzamer, maar ook toegankelijker voor meer chirurgen”.  

Maar dat is niet het enige voordeel van de nieuwe grijper. De arts kan er zelf een handvat aan koppelen, waardoor hij met twee wieltjes en een trigger de buisjes kan laten roteren. Met het  bestaande ontwerp van het instrument s dat niet mogelijk, omdat die altijd door een operatierobot moet worden aangestuurd. Nu kan de grijper in gebieden gebruikt worden waar geen operatierobot is. “Eigenlijk los ik hiermee mogelijk het financiële als het functionele probleem van het bestaande standaard robot instrument op”, zegt Horeman, die nog niet zeker weet of zijn nieuwe handmatig bedienbare instrument echt kan concurreren met de robot-bestuurbare variant. “Daar is nog geen wetenschappelijk onderzoek naar gedaan. Wel hebben we de verschillende instrumenten in de trainingsomgeving met elkaar vergeleken en dat zag er veelbelovend uit”.

De biomedisch technoloog ziet nog  een grote wetenschappelijke uitdaging  Hij wil de nu stalen componenten in het instrument op zo’n manier opbouwen dat er elektrische geleidingen in komen die stroom kunnen geleiden om weefsel te dichten. “Als je opereert, dan moet je vaak weefsel doormidden snijden. Dat gaat vervolgens bloeden. Om dat te stoppen, zet je een tangetje erop waar stroom doorheen loopt. Daarmee maak je de vaatjes dicht”, zegt hij. Om dat voor elkaar te krijgen, gaat Horeman samenwerken met natuurkundigen die verstand hebben van het fuseren / opdampen van materialen met verschillende eigenschappen.

Als dat lukt, dan hebben we niet alleen mechanisch een enorme stap gemaakt, maar ook op componentniveau. Dan ben je bezig met het bouwen van een nieuwe generatie instrumenten.. Dan wordt het pas echt gaaf

Het ideaalbeeld van Horeman is dat hij voor India een demonteerbaar en steriliseerbaar-instrument kan maken dat exact dezelfde functionaliteit heeft als de bestaande, zonder dat er een robot of ingewikkelde schoonmaak processen nodig zijn. Zelfs voor het ontbreken van een operatiekamer in een ziekenhuis bedacht hij samen met professor Jenny Dankelman en het bedrijf MediShield een oplossing. De mini clean room, een modulaire deelbare afscherming die te allen tijde de instrumenten en wond afschermt van de omgeving, kan makkelijk meegenomen en opgebouwd worden in minder ontwikkelde gebieden op het platteland. Bovendien wil hij niet meer afhankelijk zijn van experts die delen van een robot of instrument moeten onderhouden. “Dat past niet bij sustainable surgery. Ik wil dat de mensen ter plaatse het zelf kunnen onderhouden, schoonmaken en in elkaar zetten”, zegt Horeman. “Je moet dan ook mensen ter plekke gaan opleiden; technologie is nooit de enige oplossing”. De Delftse onderzoeker krijgt soms kritiek dat hij niet wetenschappelijk genoeg bezig zou zijn vanwege zijn soms pragmatische output. Dat wuift Horeman meestal weg. “Op mijn vernieuwende technologieën zitten 15 patenten, er ligt altijd een maatschappelijk en theoretisch vraagstuk aan ten grondslag en we schrijven er volwaardige wetenschappelijke papers over in gerenommeerde wetenschappelijke tijdschriften”, zegt hij. “Maar het belangrijkste is dat ik de wereld uiteindelijk beter maak en dat de echte peers, lees eindgebruikers, de toegevoegde waarde van mijn wetenschap ondervinden”.