DNA Robots uitgelegd: de toekomst van geneeskunde en informatica

Robotadoptie vordert snel, gedreven door dalende kosten, stijgende vraag en de integratie van kunstmatige intelligentie (AI).

Volgens de World Robotics 2025-statistieken over industriële robots werden er in 2024 542.000 robots geïnstalleerd. Dit markeerde de “tweede hoogste jaarlijkse installatieaantal van industriële robots in de geschiedenis – slechts 2 % lager dan het record van twee jaar geleden,” zei Takayuki Ito, voorzitter van de International Federation of Robotics.

Naast fabrieksvloeren worden robots ook actief ingezet op luchthavens, landbouwvelden, kantoren, het leger en de ruimte, nu ze evolueren van starre, vooraf geprogrammeerde machines naar adaptieve, intelligente systemen.

Robots zijn niet langer louter mechanische armen; ze worden slimmer, kleiner en veel veelzijdiger dankzij vooruitgang in materiaalkunde, miniaturisatie en AI.

Dit heeft geleid tot een ingrijpende transformatie in de geneeskunde, waar chirurgische robots minimaal invasieve procedures mogelijk maken met een nauwkeurigheid die eerder niet werd bereikt. Microrobotics en bio‑ingenieerde systemen beloven bovendien gerichte therapieën die bijwerkingen aanzienlijk kunnen verminderen.

Zelfs het idee van machines die binnen het menselijk lichaam opereren, wordt snel een wetenschappelijke realiteit.

Het betreden van het tijdperk van moleculaire robotica

Een nieuw front in robotica is een opkomende klasse van microscopische machines, gebouwd uit DNA en ontworpen om binnen het menselijk lichaam te opereren.

Het concept van DNA-nanotechnologie werd voor het eerst geïntroduceerd enkele decennia geleden door professor Nadrian Seeman, algemeen erkend als de grondlegger van het vakgebied. De voortgang in het veld was echter traag in de beginjaren vanwege hoge kosten en de onvolwassenheid van DNA‑synthesetechnologieën.

Doorvorderingen in de chemische DNA‑synthese begin 21e eeuw verlaagden de productiekosten drastisch en versnelden de ontwikkeling van DNA‑nanotechnologie.

Een belangrijke doorbraak vond twee decennia geleden plaats, toen Paul Rothemund de DNA‑origami‑techniek introduceerde, waarmee nanostructuren konden worden gecreëerd via bottom‑up DNA‑zelfassemblage, en die sindsdien een van de meest gebruikte strategieën is voor het bouwen van DNA‑robots.

Deze kleine apparaten zijn gebouwd uit biologische moleculen die door het lichaam kunnen navigeren, met cellen kunnen interageren en zeer specifieke taken kunnen uitvoeren. Aangezien deze systemen zijn opgebouwd uit hetzelfde fundamentele materiaal dat door het lichaam stroomt, kunnen ze, in tegenstelling tot traditionele robots, naadloos functioneren binnen biologische omgevingen.

Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift SmartBot¹ benadrukt hoe ver dit veld is gekomen. Het toont de groei van DNA‑machines van vroege ideeën naar meer complexe, praktische en capabele systemen die op een dag geneesmiddelen direct naar zieke cellen kunnen afleveren of zelfs virussen in het lichaam kunnen identificeren en neutraliseren.

Hun potentieel reikt veel verder, omvatten enkelvoudige‑molecuulanalyse, nanofabricage op atomaire schaal, en zelfs het bouwen van extreem kleine rekenapparaten en gegevensopslagssystemen.

In hun gedetailleerde review leggen onderzoekers van de Peking Universiteit (PKU) uit hoe DNA wordt gebruikt om functionele machines te creëren. Hetzelfde DNA, desoxyribonucleïnezuur, dat genetische informatie draagt in bijna alle levende organismen, wordt hier gebruikt. Het is een ideaal en veelzijdig bouwmateriaal voor het construeren van microscopische robots met complexe geometrieën, precies gedefinieerde afmetingen en multifunctionele mogelijkheden.

Dat komt door de gemakkelijke synthese van DNA, de capaciteit voor precieze zelfassemblage, de structurele stabiliteit en de programmeerbaarheid. Het molecuul biedt een bijzonder uniek voordeel in “mechanische programmeerbaarheid”, aldus de studie. Terwijl enkelstrengs DNA (ssDNA) flexibiliteit biedt, voegen dubbelstrengs secties (dsDNA) structuur toe aan ontwerpen, en samen vormen ze een duidelijk ontwerpgereedschap.

Door deze eigenschappen, samen met doorbraken in structurele DNA‑nanotechnologie, evolueren DNA‑robots, vaak aangeduid als DNA‑nanomachines en nanorobots, snel.

Om deze kleine robots te maken, combineren wetenschappers traditionele robotica met DNA‑vouwtechnieken, waardoor beweging en betrouwbare taakuitvoering met hoge nauwkeurigheid mogelijk worden.

DNA‑robots bevinden zich echter nog in een vroeg stadium en staan voor aanzienlijke barrières. Ondanks de uitdagingen vordert het veld terwijl wetenschappers leren DNA‑structuren te ontwerpen die kunnen buigen, grijpen, vouwen en bewegen op commando.

Dit onderstreept een toekomst waarin deze programmeerbare biologische machines kunnen dienen als precisiegereedschappen voor diagnose, behandeling en ziektepreventie, en zo de geneeskunde fundamenteel kunnen transformeren.

“De robots van morgen zullen niet alleen van metaal en plastic zijn,” merkte het onderzoeksteam op. “Ze zullen biologisch, programmeerbaar en intelligent zijn. Ze zullen de gereedschappen zijn die ons eindelijk in staat stellen de moleculaire wereld te beheersen.”

De uitdaging van moleculaire beweging overwinnen

Om moleculaire machines te bouwen, onderzoeken onderzoekers al lange tijd DNA, en hoe het kan worden omgevormd tot werkende machines.

De ontwerpen van vroege DNA‑apparaten waren zeer simpel; ze konden openen en sluiten of langs een spoor bewegen. Hoewel simpel, bewezen ze dat beweging op moleculair niveau mogelijk was.

Nu gaan wetenschappers verder met creatieve ontwerpmethoden, waaronder het integreren van flexibele componenten, het construeren van stevige DNA‑gewrichten voor stabiliteit, en het gebruik van origami‑geïnspireerde vouwmethoden.

In DNA‑origami worden lange strengen gevouwen tot complexe vormen. Onderzoekers gebruiken honderden kleinere strengen om één lange streng te begeleiden naar gedetailleerde vormen zoals dozen, kooien en tandwielen. Terwijl sommige ontwerpen duizenden componenten kunnen hebben, kunnen andere fungeren als kleine schakelaars, walkers of grijpers.

Zo passen onderzoekers principes van traditionele, grootschalige robotica toe op de nanoschaal, waardoor DNA‑gebaseerde systemen herhaalbare, gecontroleerde taken kunnen uitvoeren.

Maar DNA omzetten in machines vereist niet alleen structuur maar ook beweging, en de extreem kleine omvang van deze DNA‑robots vormt een grote uitdaging voor het sturen van hun beweging in de chaotische, voortdurend veranderende moleculaire omgeving.

Om te controleren hoe deze machines bewegen, hebben wetenschappers systemen ontwikkeld die deze machines voorspelbaar laten handelen. Dit omvat biochemische reacties en fysieke signalen zoals warmte, licht, magnetische velden en elektrische velden.

Wat betreft biochemische controle, gebruiken onderzoekers DNA‑strengverplaatsing, een proces dat precieze programmering van beweging mogelijk maakt met behulp van “brandstof” en “structuur” DNA‑sequenties. Hierbij duwt één streng een andere uit zijn positie, functionerend als een moleculaire schakelaar die een bepaalde beweging kan activeren.

Echter, elke methode brengt afwegingen met zich mee, waardoor wetenschappers precisie moeten afwegen tegen snelheid.

Zo biedt chemische controle nauwkeurigheid en veelzijdigheid, maar produceert afvalmoleculen en vereist uitgebreide experimentele screening. Ondertussen werken externe fysieke signalen snel, maar beïnvloeden ze omliggende systemen. Ze verplaatsen hele structuren maar hebben moeite om onafhankelijke gewrichtsniveau‑controle mogelijk te maken.

Door deze strategieën te combineren bieden wetenschappers een gereedschapskist om het gedrag van DNA‑machines met grote precisie af te stemmen. Wat betreft de toepassing van deze microscopische machines, merkt de studie op dat ze ver buiten het laboratorium reiken.

Voor starters kunnen DNA‑robots van enorm belang zijn in precisiegeneeskunde, waar ze fungeren als “nano‑chirurgen” binnen het lichaam, die zieke cellen identificeren en therapieën aan die cellen afleveren.

In een DNA‑robotvoorbeeld werd SARS‑CoV‑2 binnen een half uur uit speeksel gevangen met vier flexibele vingers, en presteerde even goed als conventionele laboratoriumtests. In een ander geval vervoerde de robot een stollingsgeneesmiddel naar tumorbloedvaten bij muizen en leverde het alleen af zodra het doelwit was bereikt, waarmee het potentieel als autonoom geneesmiddelleveringssysteem wordt aangetoond.

DNA‑robots kunnen ook dienen als programmeerbare sjablonen voor het rangschikken van materialen, waardoor moleculaire optische apparaten, rekenapparaten en ultradichte gegevensopslagssystemen efficiënter worden dan de huidige technologie.

DNA‑geleiders, nanodeeltjes en lichtbronnen zijn al gerangschikt in geordende patronen. In gerelateerde experimenten hebben onderzoekers ook chemische markeringen op synthetisch DNA geprint en beelden gecodeerd zonder elke base opnieuw te schrijven. Dus, de mogelijkheden met deze DNA‑machines zijn simpelweg buitengewoon.

Maar uiteraard bevindt dit zich nog in een vroeg experimenteel stadium. Aangezien ze ver van praktische, real‑world toepassingen verwijderd zijn, worden deze DNA‑robots het best gezien als proof‑of‑concept. In feite ondervindt de realisatie van deze machines verschillende uitdagingen. Schaal is een van de problemen.

Wanneer we van grootschalige systemen naar nanoschaal (≈100 nm, ongeveer 1/500 tot 1/1000 van de breedte van een menselijk haar) gaan, wordt de precieze controle van deze machines moeilijk door Brownse beweging, de kleine willekeurige beweging van nanodeeltjes, en thermische fluctuaties. De studie merkte:

“Hoewel macrorobotica waardevolle conceptuele en analytische kaders biedt, vereist het vertalen van de principes naar de moleculaire‑ en nanoschaal een fundamentele herdefinitie van mechanisch ontwerp en bewegingscontrole onder stochastische, thermodynamische en biochemische beperkingen.”

Daarom zijn veel bestaande DNA‑robotontwerpen eenvoudig en opereren ze geïsoleerd. Hun bruikbaarheid in complexe real‑world omgevingen is ook beperkt.

Toekomstige systemen moeten schaalbaar, herconfigureerbaar en functioneel geïntegreerd zijn, wat afhankelijk is van het adopteren van geavanceerde modulariteit en het vertalen van macroschaal‑mechanische principes naar het moleculaire niveau.

Dan is er de kwestie van kenniskloven. Zelfs vandaag hebben onderzoekers nog geen gedetailleerde informatie over en begrip van de mechanische eigenschappen van DNA‑structuren. Computationele modellering en simulatie‑tools voor het voorspellen van het gedrag van deze structuren op zulke microscopische schalen zijn nog niet volledig ontwikkeld.

Productie vormt een ander obstakel. Het produceren van identieke DNA‑machines op schaal is noodzakelijk voor hun real‑world toepassingen, maar vereist kosteneffectieve, hoge‑opbrengst en betrouwbare methoden die nog moeilijk te realiseren zijn.

Het overwinnen van al deze barrières, aldus de studie, vereist samenwerking over disciplines heen: werktuigbouwkunde, informatica, geneeskunde, scheikunde en biologie.

Meer specifiek stellen wetenschappers oplossingen voor zoals het verbeteren van bio‑productiemethoden, het creëren van gestandaardiseerde DNA‑‘onderdelenbibliotheken’, en het gebruik van AI om ontwerp en simulatie te verbeteren.

Deep learning en LLM’s, volgens de studie, bieden “transformatieve kansen voor het verbeteren van het ontwerp en de analyse van DNA‑machines” evenals simulatie en dynamische analyse. De technologie kan structurele patronen uit grote datasets ontdekken, vouwpaden voorspellen, sequentieconfiguraties optimaliseren en ontwerp‑evaluatie automatiseren, waardoor de innovatiecyclus aanzienlijk wordt versneld.

Vooruitgang op deze gebieden zal helpen DNA‑robots op te schalen en te integreren in praktische toepassingen in wetenschap, gezondheidszorg, productie en daarbuiten.

Investeren in DNA‑roboticatechnologie

In de wereld van medische robotica valt Illumina, Inc. (ILMN ) op door zijn kernexpertise in DNA‑technologieën en sterke positie in genomica‑gedreven geneeskunde. Hoewel het bedrijf zelf geen DNA‑robots bouwt, is het een grote facilitator van het hele ecosysteem dat zulke innovaties mogelijk maakt.

Als wereldleider in DNA‑sequencing levert het bedrijf de fundamentele tools die onderzoek naar DNA‑gebaseerde systemen, inclusief DNA‑nanotechnologie en robotica, mogelijk maken. Het is ook diep verankerd in de verschuiving naar gepersonaliseerde en moleculaire geneeskunde.

De producten van het bedrijf worden gebruikt in onderzoek en klinisch, evenals in oncologie, life sciences, voortplantingsgezondheid, landbouw en andere segmenten. Hun klanten omvatten academische instellingen, genomisch onderzoekscentra, ziekenhuizen, overheidslaboratoria, commerciële moleculaire diagnostische laboratoria, biotechnologie, farmaceutische en consumentengenomica bedrijven.

Het doel van Illumina is de menselijke gezondheid te verbeteren door de kracht van het genoom te ontsluiten. Vorige maand kondigde Illumina een strategische samenwerking aan met Veritas Genetics om whole‑genome sequencing in de alledaagse gezondheidszorg via verzekeringssystemen te brengen.

Deze samenwerking ondersteunt een geïntegreerd data‑ecosysteem om onderzoek, geneesmiddelenontdekking en optimalisatie van klinische proeven te bevorderen. Belangrijker nog, het markeert een verschuiving van het behandelen van ziekten naar het voorspellen en voorkomen ervan met behulp van genetische data.

“Genomics beweegt zich steeds meer stroomopwaarts in de gezondheidszorg, van het diagnosticeren van ziekten naar het helpen voorkomen ervan,” zei Rami Mehio, algemeen manager, BioInsight bij Illumina. “Door de sequencing‑ en informaticabasis van Illumina te combineren met de patiëntklare rapportage van Veritas, vertegenwoordigt deze samenwerking een belangrijke stap vooruit in het maakbaar, toegankelijk en geïntegreerd maken van preventieve genomica in de alledaagse gezondheidszorg.”

Een paar maanden daarvoor introduceerde Illumina de Billion Cell Atlas, de grootste wereldwijde dataset van genetische perturbaties, die DNA‑robots praktisch en programmeerbaar zou kunnen maken.

Deze enorme dataset kaart hoe miljarden cellen reageren op genetische veranderingen, opgebouwd met CRISPR en sequencing. Het eerste deel van het programma van het bedrijf om een atlas van 5 miljard cellen over drie jaar te bouwen, die “de meest uitgebreide kaart van menselijke ziektebiologie tot nu toe” zal worden, is ontworpen om AI‑modellen te trainen en geneesmiddelenontdekking te versnellen in samenwerking met Merck, AstraZeneca en Eli Lilly and Company.

“We geloven dat de cell‑atlas een sleutelontwikkeling is die ons in staat zal stellen AI voor geneesmiddelenontdekking aanzienlijk op te schalen,” zei Illumina‑CEO Jacob Thaysen. “We bouwen een ongeëvenaarde bron voor het trainen van de volgende generatie AI‑modellen voor precisiegeneeskunde en identificatie van geneesmiddeldoelen, wat uiteindelijk helpt de biologische paden achter enkele van ’s werelds meest verwoestende ziekten in kaart te brengen.”

Te midden van deze vooruitgangen worden de aandelen van Illumina, met een marktkapitalisatie van $19,5 mrd, verhandeld tegen $127,74, een stijging van 74 % in het afgelopen jaar. De winst per aandeel (TTM) is 5,48, en de koers‑winstverhouding (TTM) is 23,32.

Wat betreft de financiële sterkte van Illumina, rapporteerde het bedrijf voor Q4 2025 een omzet van $1,16 mrd, een stijging van 5 % ten opzichte van 4Q24. De GAAP‑operationele marge was 17,4 %, en de non‑GAAP‑operationele marge was 23,7 % terwijl de GAAP‑verdunde EPS $2,16 bedroeg en de non‑GAAP‑verdunde EPS $1,35.

In deze periode bedroegen de kapitaalinvesteringen $54 miljoen terwijl de kasstroom uit operationele activiteiten $321 miljoen was. Aan het einde van het jaar had het bedrijf $1,63 mrd aan cash, cash‑equivalents en kortetermijninvesteringen.

Voor het volledige fiscale jaar 2025 noteerde Illumina een omzet van $4,34 mrd. Ondertussen was de GAAP‑operationele marge 18,6 %, de non‑GAAP‑operationele marge 23,1 %, de GAAP‑verdunde EPS $5,45, en de non‑GAAP‑verdunde EPS $4,84.

De kapitaalinvesteringen van vorig jaar bedroegen $148 miljoen, terwijl de kasstroom uit operationele activiteiten $1,1 mrd was, en de vrije kasstroom $931 miljoen.

Over de “sterke afsluiting van 2025” zei Thaysen dat dit “een terugkeer naar groei betekent door gedisciplineerde uitvoering van onze strategie,” met momentum opgebouwd in de tweede helft van het afgelopen jaar, vooral door de toenemende adoptie van NGS‑gebaseerde tests in klinische markten.

Opmerkelijk is dat Illumina vooruitgang heeft geboekt in China, waar een exportverbod op zijn sequencers is opgeheven. Maar het blijft op de Unreliable Entities List (UEL), waardoor goedkeuringen nodig zijn voor de aankoop van instrumenten.

Voor het huidige jaar verwacht Illumina een omzetstijging van 4 % tot 6 % tot $4,5 mrd en $4,6 mrd. De groei omvat een 1,5 % tot 2 % voordeel van de recent gesloten overname van SomaLogic, die het multi‑omics‑portfolio van het bedrijf uitbreidt en zijn positie in NGS‑enabled proteomics versterkt.

Laatste nieuws en ontwikkelingen rond Illumina, Inc. (ILMN) aandelen

Conclusie

Robots hebben opnieuw gedefinieerd wat machines kunnen bereiken. Ze hebben de productiviteit, veiligheid en ontdekking in verschillende domeinen verbeterd. Van industriële automatisering tot planetaire verkenning, de voortdurende evolutie van robots benadrukt een bredere trend naar meer capabele systemen die dieper geïntegreerd worden in ons leven.

In de geneeskunde maakt de opkomst van biologisch compatibele robots zoals DNA‑gebaseerde systemen een ongekende precisie mogelijk in geneesmiddellevering en virale targeting.

Bovendien beloven deze systemen niet alleen meer precieze behandelingen en verbeterde patiëntresultaten, maar ook een nieuwe manier om processen op moleculair niveau te bestuderen en kleinere, krachtigere apparaten te bouwen via DNA‑geleide assemblage.

Hoewel aanzienlijke uitdagingen op het gebied van schaalbaarheid, stabiliteit en langdurige veiligheid moeten worden aangepakt voordat deze technologieën van laboratoriumonderzoek naar klinische praktijk kunnen overgaan, zijn de potentiële voordelen aanzienlijk. En naarmate robotica blijft krimpen in omvang en uitbreiden in capaciteit, kan het een toekomst bieden waarin geneeskunde intelligent van binnenuit wordt uitgevoerd.

Klik hier om te leren of AI ons DNA kan herschrijven.

Referenties

1. Xu, N., Zhang, X., Liu, Y., Wang, C., Li, J., Chen, Z., Zhao, H., Sun, K., Zhou, Q., Yang, F., Wu, T., Guo, S., Li, Y., Huang, J., Deng, D. & Bao, X. Ontwerpmachines op basis van DNA. SmartBot (2026). https://doi.org/10.1002/smb2.70029