Der Mikroroboter, die kleine runde Kapsel, die zwischen einem halben und zwei Millimetern groß ist, könnte in Zukunft Schlaganfallpatienten das Leben retten oder sie vor dauerhaften Hirnschäden bewahren. Wie ein Mini-U-Boot kann sich der Mikroroboter ferngesteuert durch die Blutbahn bewegen und seine Fracht – hochdosierte Medikamente – genau an der Stelle freisetzen, wo sie gebraucht werden. Besonders bei einem akuten Schlaganfall, wo jede Minute zählt, wäre diese Technologie von entscheidender Bedeutung.
Hochdosierte Medikamente mit Nebenwirkungen
Etwa 270.000 Menschen erleiden jedes Jahr in Deutschland einen Schlaganfall. Jeder Fünfte stirbt daran, rund zwei Drittel der Betroffenen bleiben danach pflegebedürftig. Im Notfall müssen Medikamente in hoher Dosis dafür sorgen, dass sich die Thrombosen, die Blutgerinnsel, die die Gefäße verstopfen, schnell auflösen.
Bislang können sie nur über eine Spritze verabreicht werden. Der Nachteil: Dabei gelangen die aggressiven Wirkstoffe in die gesamte Blutbahn, wo sie schwere Nebenwirkungen verursachen können, wie etwa innere Blutungen. Mit ihrer Entwicklung wollen die Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich [externer Link] zusammen mit anderen Forschern dieses Problem in den Griff bekommen.
Mini-Kapsel aus Gel mit Medikament und Kontrastmittel
Der Mikroroboter passt durch einen speziellen Katheter, durch den er in den Körper gelangt, und auch durch die größeren Blutgefäße. Im Mini-U-Boot befinden sich, umschlossen von einer Hülle aus auflösbarem Gel, das Medikament und ein Kontrastmittel. So können die Forscher über ein Röntgengerät jederzeit die Position und die Bewegung der Kapsel beobachten.
Die größte Herausforderung für die Wissenschaftler ist ihr Antrieb: Sie muss nicht nur äußerst präzise gesteuert werden, sondern auch gegen die teilweise extrem starke Strömung in den Blutgefäßen von bis zu 20 Zentimetern pro Sekunde ankommen.
Mikroroboter magnetisch durch den Körper steuern
Das Navigieren gelingt den Forschen mithilfe von magnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln in der Kapsel und einer Kombination von unterschiedlichen Elektromagneten, die von außen aus verschiedenen Richtungen und mit unterschiedlicher Stärke auf sie einwirken. Mit diesen Magneten können sie die Kapsel entweder direkt in eine Richtung ziehen, wenn sie beispielsweise gegen die Strömung schwimmen soll, oder sie an Gefäßwänden entlang rollen lassen. So lässt sich die ferngesteuerte Kapsel mit immerhin bis zu vier Millimetern pro Sekunde an seinen Bestimmungsort navigieren.
Kapsel zerstört sich nach Abgabe von selbst
Ist das Mini-U-Boot am Zielort angekommen, wird laut dem Mitentwickler Fabian Landers die Selbstzerstörung eingeleitet: „Sobald wir diese Kapsel dann an den Ort gebracht haben, wo wir das Medikament haben wollen, können wir ein hochmagnetisches Feld anlegen. Dieses Feld erwärmt die Kapsel leicht auf ungefähr 40 Grad, und löst sie damit auf. Sobald sich die Kapsel auflöst, wird das Medikament freigesetzt, und sämtliche anderen Bestandteile der Kapsel können vom Körper abgebaut werden.“
Mikroroboter: Erfolgreiche Tests bei Tieren
Mit dem Mikroroboter ließe sich nicht nur die gefährliche Belastung durch Medikamente für den Patienten deutlich reduzieren. Der Arzt könnte bereits schon während der Diagnose mit der Behandlung beginnen, während er am Röntgenbildschirm das Blutgerinnsel sucht, das den Schlaganfall verursacht hat.
Das Verfahren konnten die Züricher Forscher bereits erfolgreich in den Blutgefäßen von Schweinen und im Gehirnwasser von Schafen testen. Bei 95 Prozent der Testläufe erreichte die Kapsel das vorgegebene Ziel. Später könnten die Mini-U-Boote auch Medikamente gegen Tumore oder Antibiotika ausliefern. Die Forscher gehen davon aus, dass sie in drei bis fünf Jahren die ersten klinischen Studien am Menschen durchführen können.
