Fortschritte in der Medizintechnik 05.11.2018, 12:22 Uhr

Nanoroboter gleitet durchs Auge

Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme ist es erstmals gelungen, einen speziell beschichteten Nanopropeller durch das dichte Gewebe des Glaskörpers eines Auges zu steuern.

Illustration eines Nanoroboters

Die Forscher haben eine Zukunfsvision: Sie wollen mit Nanorobotern Medikamente gezielt an bestimmte Bereiche im Körper transportieren können.

Foto: panthermedia.net/ktsdesign

Chirurgen müssten so klein sein, dass sie an den Ort einer Erkrankung reisen und dort eine Operation vornehmen können – das ist keine neue Idee. Aufgegriffen wurde sie bereits 1966 in dem Science-Fiction-Film „Die phantastische Reise“. In ihm ließ sich eine Gruppe Forscher samt U-Boot schrumpfen, um sich in einen anderen Wissenschaftler injizieren zu lassen. Dort wollten sie eine Gehirnoperation durchführen. Vom Schrumpfen ganzer Teams sind wir weit entfernt, doch Forscher gehen einen anderen Weg: Sie setzen auf winzige Roboter. Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme sind dabei einen wichtigen Schritt vorangekommen. Sie haben einen Nanopropeller erfolgreich durch menschliches Gewebe gesteuert.

Robotik: Magnetfeld steuert Nanopropeller

Nanoroboter könnten die Medizin einen großen Schritt voranbringen. Auf der einen Seite wäre es durch sie eines Tages eventuell möglich, chirurgische Eingriffe in Körperregionen vorzunehmen, die andernfalls gar nicht oder nur unter großen Risiken zu erreichen wären. Auf der anderen Seite liegt ein großes Problem vieler Medikamente in deren Nebenwirkungen. Das bekannteste Beispiel ist hier wohl die Chemotherapie bei Krebs. Sie zerstört zwar die mutierten Zellen, greift aber auch gesundes Gewebe an. Weswegen sie nur in einem begrenzten Rahmen eingesetzt werden kann und trotzdem erhebliche Beschwerden verursacht. Anders sähe es aus, wenn Nanoroboter die Medikamente exakt zum erkrankten Bereich transportierten. Nebenwirkungen ließen sich auf diese Weise minimieren.

Die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme haben daher  einen Nanopropeller für medizintechnische Anwendungen entwickelt. Er ist nur 500 Nanometer breit – das heißt, sein Durchmesser ist 200 Mal kleiner als der eines menschlichen Haares. Deswegen kann er durch Gewebestrukturen gleiten, ohne sie zu beschädigen. Gesteuert wird der eisenhaltige Propeller von außen über ein schwaches Elektromagnetfeld. Verändern die Forscher das Magnetfeld, nehmen sie damit Einfluss auf die Fahrtrichtung des Nanoroboters und können ihn regelrecht lenken.

Max-Planck-Institut nimmt Natur als Vorbild für die Wissenschaft

Für ihren Versuch mussten die Wissenschaftler allerdings eine weitere Hürde überwinden. Denn sie wollten ihren Nanoroboter durch den Glaskörper eines Auges zur Retina, also der Netzhaut, lenken. Der Glaskörper besteht jedoch aus einer gelartigen, klebenden Substanz. Sie ist dafür gedacht, das ungewollte Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern. Um dieses Problem zu lösen, schauten sich die Forscher in der Natur um und fanden ein geeignetes Vorbild: die fleischfressende Kannenpflanze (Nepenthes). Ihre Blätter sind nämlich mit einer rutschigen Beschichtung bedeckt, die dafür sorgt, dass Insekten sich nicht halten können und in das Innere der Pflanze rutschen.

Dieses Prinzip wandten die Wissenschaftler auf ihren Nanoroboter an. Sie verkleideten ihn mit einer ersten Schicht, die direkt an der Oberfläche andockt. Darauf legten sie eine zweite, flüssige Schicht, die die Haftung zwischen dem winzigen Gerät und dem umliegenden Gewebe verringert. Mit dieser Ausstattung kann der Nanoroboter durch den Glaskörper gleiten und zum gewünschten Ziel gesteuert werden. Zuvor war das nur in Modellflüssigkeiten gelungen.

Im Video zeigen die Wissenschaftler die Herstellung des Nanoroboters:

Minimal-invasive Behandlung von Krankheiten durch Medizintechnik

Bei ihrem Versuch arbeiteten die Forscher nicht mit einem einzelnen Nanoroboter, sondern gleich mit einem ganzen Schwarm. Zehntausende von ihnen injizierten die Forscher mit einer Nadel in den Glaskörper. Zielgerichtet landeten die Mini-Propeller auf der Netzhaut. Im nächsten Schritt möchte das Team daran arbeiten, die Nanoroboter so umzurüsten, dass sie als Transportmittel für Medikamente dienen können. „Das ist unsere Vision“, sagt Tian Qiu, Mitglied des Forscherteams. „Wir wollen unsere Nanopropeller als Werkzeuge für die minimal-invasive Behandlung von Krankheiten aller Art einsetzen können, bei denen der Problembereich schwer zugänglich und von dichtem Gewebe umgeben ist. Nicht allzu weit in der Zukunft werden wir sie mit Medikamenten beladen können.“

 

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