6-mal schneller: Mikroroboter helfen, Blutgerinnsel aufzulösen

Sie sind gerade einmal 8 µm lang und bewegen sich mithilfe eines Magnetfelds durch Blutgefäße: Forschende der ETH Zürich haben winzige Roboter entwickelt, die bei der Behandlung von Blutgerinnseln helfen könnten. 

In Laborversuchen lösten sich die Gerinnsel mit ihrer Unterstützung sechsmal schneller auf als mit dem Medikament allein. Auch erste Versuche an Schweinen zeigten vielversprechende Ergebnisse. 

Warum Medikamente Blutgerinnsel oft schlecht erreichen 

Verschließt ein Blutgerinnsel ein Gefäß, können Teile des Gehirns, des Herzmuskels oder der Lunge nicht mehr ausreichend mit Blut versorgt werden. Folgen können ein Schlaganfall, ein Herzinfarkt oder eine Lungenembolie sein. Es gibt Medikamente, die das Blutgerinnsel, den sogenannten Thrombus, auflösen können. Die Medikamente an ihren Wirkungsort zu bringen, ist allerdings schwierig. Denn das Blutgerinnsel blockiert oftmals ausgerechnet den Blutfluss, der die Wirkstoffe transportieren soll. 

Herkömmlich bringen die Ärztinnen und Ärzte die Medikamente mit einem Katheter über die Blutbahn in die Nähe des Thrombus. Das Blut hilft dann, die Wirkstoffe zum Gerinnsel zu spülen. Ist der Blutfluss allerdings nicht intakt, weil der Thrombus selbst ihn blockiert, erreichen die Wirkstoffe ihr Ziel nur schlecht oder gar nicht. Andere Erkrankungen stellen beim gezielten Transport von Medikamenten ebenfalls eine Herausforderungen dar. Ein anderes Forschungsteam der ETH Zürich untersucht beispielsweise, wie sich Wirkstoffe mithilfe von Ultraschall und Mikroblasen gezielt ins Gehirn bringen lassen.

Wie die magnetischen Mikroroboter funktionieren 

Die etwa 8 µm langen Roboter bestehen aus einem bioverträglichen Gel mit eingebetteten Eisenoxid-Nanopartikeln. Damit die länglichen Kokons wie eine Kompassnadel auf ein Magnetfeld reagieren, sind diese Nanopartikel in ihrem Inneren nicht gleichmäßig verteilt, sondern entlang der Längsachse gebündelt.  

Sie werden zusammen mit dem Medikament über einen Katheter in die Nähe des Blutgerinnsels gebracht. Ein von außen angelegtes, rotierendes Magnetfeld versetzt die Mikroroboter in Bewegung. Dabei überschlagen sie sich entlang der Gefäßwand und erzeugen kleine Strömungen, die den Wirkstoff zum Blutgerinnsel transportieren.  

Die Roboter selbst lösen das Gerinnsel nicht auf. Sie sorgen aber dafür, dass das Medikament besser und schneller zum Zielort gelangen kann. 

„Sie sind ungefähr so groß wie rote Blutzellen und haben damit eine ideale Größe“, erklärt Simone Schürle, Professorin für medizinische Mikrosysteme an der ETH Zürich. 

Magnetisch steuerbare Mikroroboter werden auch an anderen Forschungseinrichtungen entwickelt. Am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart nutzen Forschende beispielsweise magnetisierte Mikroalgen als mögliche Transportmittel für Medikamente.

Was die Versuche im Labor und an Schweinen zeigen

An Menschen konnten die Mikro-Bots bisher noch nicht getestet werden. Die Forschenden testeten sie aber unter anderem in einem Silikon-Modell mit Kanälen, die den feinen Blutgefäßen nachempfunden sind. In dieses eigens für die Versuche angefertigte Modell injizierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Gerinnsel aus Schweineblut. Mithilfe der sich bewegenden Roboter löste das Medikament die Gerinnsel sechsmal schneller auf als ohne die Zugabe der Bots. Auch andere Forschungsteams nutzen künstliche Blutgefäße für medizinische Untersuchungen. An der TU Wien wurde beispielsweise ein Chip entwickelt, der Blutgefäße nachbildet und künftig bei Medikamententests helfen könnte.

In Zusammenarbeit mit Forschenden der Charité-Universitätsklinik Berlin untersuchten die ETH-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die neue Methode an lebenden Schweinen. Dafür wurden die Arterien der Tiere mit einem Gerinnsel verstopft und es wurde getestet, wie stark die sich drehenden Bots die Wirksamkeit des Medikaments erhöhten. Nach 30 Minuten war die wieder durchblutete Gefäßfläche beim Einsatz der Roboter etwa doppelt so groß wie bei der Behandlung mit dem Medikament allein. 

Die Ergebnisse stammen aus einer Mitteilung der ETH Zürich. Die zugehörige Studie wird derzeit von Fachgutachtern geprüft und ist noch nicht veröffentlicht. Bis die Mikroroboter beim Menschen eingesetzt werden können, sind weitere Untersuchungen notwendig. Insbesondere muss geklärt werden, wie sicher die Methode langfristig ist und wie sich die winzigen Roboter nach der Behandlung im Körper verhalten.