BIOTECHNIK 24.01.2014, 10:03 Uhr

Herzzellen treiben winzigen Schwimmroboter an

Schwimmroboter, die von Herzzellen angetrieben werden, sollen Medikamente gezielt zu erkrankten Bereichen im menschlichen Körper bringen. Auch als Umweltschützer lassen sie sich einsetzen.

Die Mini-Roboter aus flexiblem Kunststoff werden von lebenden Herzzellen angetrieben. 

Die Mini-Roboter aus flexiblem Kunststoff werden von lebenden Herzzellen angetrieben. 

Foto: Roboter, Herzzellen

Spermien sind beharrliche Winzlinge. Mit ihrer Geißel erzeugen sie einen Vortrieb, bis sie die weibliche Eizelle erreicht haben und diese befruchten. Nach dem gleichen Prinzip ist ein Vehikel konstruiert, das durch menschliche Adern schwimmen soll, um Medikamente an den besten Wirkungsort zu bringen. Das künstliche Spermium könnte auch als Probensammler in Abwässern und Seen eingesetzt werden.

Mini-Roboter aus flexiblem Kunststoff

Ganze zwei Millimeter lang ist der Mini-Roboter. Die Geißel selbst misst 1,5 Millimeter. Angetrieben wird das Gebilde aus Polydimethylsiloxan, einem flexiblem Kunststoff, von Herzzellen, die auf den Wurzelbereich der Geißel und auf die Verbindungsstelle von Kopf und Geißel geklebt werden. Zuvor beschichteten die Forscher den Kunststoff mit Fibronektin, einem körpereigenen Protein. Die Zellen behalten den Rhythmus des Herzens bei, dem sie entnommen wurden. Anfangs schlagen sie in unterschiedliche Richtungen. Zur Überraschung der Entwickler glichen sie sich nach kurzer Zeit an und pulsierten synchron, so dass sie die Geißel rhythmisch zu einer Wellenbewegung zwingen. Diese treibt das Gebilde vorwärts. Wie die Zellen sich „absprechen“ ist den Wissenschaftlern noch ein Rätsel.

Künstliche Spermien sollen Sinne bekommen

Die Entwicklung leitete Taher Saif, Professor für Mechanik und Ingenieurswesen an der University of Illinois. Seinem Team gelang auch der Bau von Bio-Robotern mit zwei Geißeln. Das bringt sie schneller voran. Zudem können sie dann gezielt navigieren. Dazu brauchten sie allerdings Sensoren und Steuerelemente. Genau daran arbeiten die Forscher jetzt. Sie wollen den Winzlingen gewissermaßen Sinne verleihen, damit sie auf Grund von Licht- oder chemischen Signalen ein vorher festgelegtes Ziel erreichen, etwa das Zentrum eines Tumors, um dort Chemikalien zu platzieren, die erkrankte Zellen zerstören.

„Die Kardiomyozyten (Herzzellen) kontrahieren und verformen die Geißel. Der Vortrieb beträgt fünf bis zehn Mikrometern pro Sekunde – das entspricht den Modellrechnungen“, sagt Saif. Pro Minute kommen sie also bis zu 36 Millimeter voran. Wie lange die Herzzellen durchhalten sagten die Forscher nicht.

Saifs Team hatte 2012 bereits einen „laufenden“ Mikroroboter entwickelt. Sie besiedelten ein Hydrogel, das ist ein Kunststoff, der in Wasser aufquillt, mit Herzzellen. Diese erzeugten in der quabbeligen Masse eine Wellenbewegung, die sie vorwärts bewegte.

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