Medizintechnik: Winzige Roboter können menschliches Gewebe durchwandern

Volker Blasek

Ein Roboterschwarm durchschwimmt erstmals ein Auge

In kaum einem anderen Bereich erinnern die Fortschritte der Medizintechnik so sehr an Sciencefiction Romane und Filme wie in der Nanoforschung. Kürzlich berichtete ein Forscherteam über spezielle Nanoroboter, die in der Lage sind, menschliches Gewebe zu durchqueren und frei in einem Augapfel herumzuschwimmen. Die winzig kleinen Roboter sollen zukünftig dazu eingesetzt werden, Medikamente im Körper zielgenau dorthin zu bringen, wo sie gebraucht werden.


Forschende des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme haben einen speziell beschichteten Nanopropeller entwickelt, der in der Lage ist, durch dichtes Gewebe zu manövrieren, wie beispielsweise durch das eines Glaskörpers im menschlichen Auge. Bislang konnten die Nanoroboter nur durch Flüssigkeiten gesteuert werden. Mit der Überwindung von festem Gewebe erreicht die Nanorobotik eine neue Stufe in der Medizintechnik. Die Ergebnisse der Forschung wurden kürzlich in dem Fachjournal „Science Advances“ präsentiert.

Gestern noch Fiktion, heute schon Realität. Winzige Nanoroboter bewegen sich durch den Körper und überwinden sogar festes Gewebe. Sie sollen für medizinische Zwecke genutzt werden. (Bild: gorbovoi81/fotolia.com)

Operationen ohne Eingriff

Wie das internationale Forschungsteam berichtet, ist die Weiterentwickelung der Nanoroboter ein großer Schritt für die Medizintechnik. In absehbarer Zukunft sei es möglich, eine Vielzahl von Therapien ohne größeren operativen Eingriff durchzuführen, wo heute noch eine Operation erforderlich ist. Die Nanoroboter könnten als minimal-invasive Werkzeuge genutzt werden, die Wirkstoffe haargenau dort einsetzen, wo sie gebraucht werden, ohne dass sie erst über den Magen-Darmtrakt oder durch die Blutbahn wandern müssen.

Die kleinste Propellermaschine der Welt

Die propellerförmigen Nanoroboter sind gerade mal 500 Nanometer breit. Dies bedeutet, dass sie 200 mal kleiner sind, als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Damit sind sie laut dem Forscherteam so klein, dass sie durch das engmaschige Netz eines festen Gewebes schlüpfen können, wie es beispielsweise im Glaskörper des Auges vorhanden ist. „Ihre schraubenartige Struktur, Größe und schlüpfrige Beschichtung ermöglichen es den Nanopropellern, sich relativ ungehindert durch ein Auge zu bewegen, ohne dabei das empfindliche Gewebe um sie herum zu beschädigen“, schreibt das Max-Planck-Forschungsteam.

Inspiriert von der Natur

Da die Konsistenz im Inneren des Auges besonders klebrig und zäh ist, setzten die Forschenden eine ganz besondere, zweilagige Antihaftbeschichtung ein, um zu verhindern, dass die Roboter im Gewebe steckenbleiben oder sich gegenseitig behindern. „Bei der Beschichtung haben wir uns von der Natur inspirieren lassen“, erläutert Studienerstautor Zhiguang Wu in einer Pressemitteilung.

Was haben fleischfressende Pflanzen und Nanoroboter gemeinsam?

„Wir trugen eine flüssige Schicht auf die Nanopropeller auf, wie sie bei der fleischfressenden Kannenpflanze (Nepenthes) vorkommt“, erklärt Wu. Die Blätter der Kannenpflanze erzeugen eine Art Fallgrube. Wenn Insekten auf ihnen landen, finden sie auf der rutschigen Beschichtung keinen Halt und fallen ins Innere, wo sie von einer Flüssigkeit verdaut werden. Die selbe Beschichtung sorgt laut den Forschenden dafür, dass die Nanoroboter nicht im Auge steckenbleiben. „So schlüpfrig wie die Teflonbeschichtung einer Bratpfanne“, kommentiert Wu.

Mit Magnetantrieb durchs Auge

Die kleinen Roboter können von außen gesteuert werden. Angetrieben werden sie durch Magnetismus. In dem Propeller eingebaute Eisenteilchen ermöglichen es den Wissenschaftlern zufolge, dass die Minigefährte in einem Magnetfeld zum gewünschten Ziel gesteuert werden können.

Nicht nur im Auge einsetzbar

„Der magnetische Antrieb der Nanoroboter, ihre ausreichend kleine Größe sowie die rutschige Beschichtung sind nicht nur im Auge, sondern können auch für die Penetration anderer Gewebe im menschlichen Körper nützlich sein“, ergänzt Tian Qiu, ein weiterer Autor der Studie. Bislang wurde die Fortbewegung der Propellerroboter nur innerhalb von sezierten Schweineauge getestet. Mit einer kleinen Nadel konnten Zehntausende der schraubenförmigen Roboter in das Auge injiziert werden. Die Roboter bewegen sich dann gemeinsam als Schwarm. (vb)