Nanotechnologie: Magnetisch gesteuerter Roboter schwimmt durch Blutgefäße
Ein Forschungsteam der ETH Zürich(öffnet im neuen Fenster) und weiterer europäischer Institute hat einen knapp 1 mm großen Roboter entwickelt, der Medikamente gezielt an die Stellen im Körper transportiert, an denen sie gebraucht werden.
So könnte beispielsweise ein verstopftes Blutgefäß dosiert behandelt werden, anstatt Medikamente in hoher Konzentration zu verabreichen. Dies könnte Nebenwirkungen bis hin zu inneren Blutungen vermeiden.
Größe und Steuerung im Einklang
Eine Schwierigkeit bei der Entwicklung war die Größe. Der Mikroroboter muss klein genug sein, um sich durch Gefäße bewegen zu können. Gleichzeitig muss er ausreichend magnetische Eigenschaften aufweisen, um von außen kontrolliert zu werden.
Mit Nanopartikeln aus Eisenoxid gelingt die Steuerung. Zusätzlich dienen Nanopartikel aus Tantal, einem unedlen, nicht toxischen Metall, als Kontrastmittel, um den Roboter mittels Röntgenbildgebung beobachten zu können.
Unter Einwirkung eines hochfrequenten magnetischen Feldes löst sich die Gelhülle auf, weil die Nanopartikel sich erhitzen, und das Medikament wird freigesetzt. In der Studie, die in Science veröffentlicht wurde(öffnet im neuen Fenster) , wurden Medikamente zur Auflösung von Thromben, Antibiotika und Mittel gegen Tumore getestet.
Komplizierte Steuerung
Weil Blutgefäße nicht nur eng und teils verschlungen sind, sondern auch Blut darin strömt, stellte die Steuerbarkeit eine weitere Herausforderung dar. Drei Arten der Fortbewegung wurden deshalb kombiniert.
Der Roboter kann Gefäßwände entgegen dem Blutstrom entlangrollen, das gelingt sehr langsam mit 4 mm pro Sekunde. Mit dem Blutstrom kann er sich fünfzigmal schneller bewegen. An Verzweigungen wiederum muss das Magnetfeld die Mikrokugel gezielt in die richtige Richtung lenken.
Klinische Tests geplant
Es wurden zahlreiche Versuche an künstlichen Gefäßsystemen durchgeführt. Die Erfolgsquote lag bei 95 Prozent.
Anschließend wurde der Nanoroboter unter klinischen Bedingungen an Schweinen getestet. Bei einem Schaf konnte die kleine Kugel sogar durch Gehirnflüssigkeit navigieren. Tests an Menschen sollen demnächst starten.