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MEDIZIN: Mini-Roboter in unserem Blut

Forscher arbeiten an der Entwicklung winziger Roboter, die dereinst in unseren Körpern patrouillieren. Sie sollen Krankheiten aufspüren oder Medikamente transportieren. Danach bauen sie sich selbst ab.
Juliette Irmer
Expedition in den menschlichen Körper: 1966 noch Science-Fiction im Film «Die phantastische Reise». (Bild: PD)

Expedition in den menschlichen Körper: 1966 noch Science-Fiction im Film «Die phantastische Reise». (Bild: PD)

Juliette Irmer

Mit Kraft schiebt der Arzt den daumendicken Schlauch eines Endoskops durch den Mund die Speiseröhre hinab in den Magen. Das Betäubungsspray gegen den Würgereiz hilft nur mässig. In Zukunft könnte eine Magenspiegelung viel eleganter und patientenfreundlicher verlaufen. Am Max-Planck-Institut (MPI) Stuttgart entwickeln Forscher um Metin Sitti, Leiter der Abteilung für physische Intelligenz, winzige Roboter, die im menschlichen Körper zum Einsatz kommen sollen. Einer der grössten misst 24 Millimeter und könnte Magengeplagte erleichtern: Den sogenannten Millibot soll man eines Tages wie eine Pille schlucken können. Im Magen angekommen, funkt der kabellose Milliroboter Bilder der Magenschleimhaut nach aussen.

Die Winzlinge können rollen, hüpfen, schwimmen

Vorläufer, sogenannte Kapsel­endoskope, existieren bereits und kommen in Ausnahmefällen schon zum Einsatz. Mit Minikameras ausgestattet durchlaufen sie den gesamten Verdauungstrakt. Allerdings lassen sich die Kapseln nicht steuern. Sittis neuesten Milliroboter, der kürzlich im Fachjournal «Nature» vorgestellt wurde, steuert man über Magnetfelder. Revolutionär ist seine Beweglichkeit: Der vier Millimeter lange und 0,1 Millimeter dünne Streifen besteht aus biegsamem Silikon und Magnetpartikeln. Variiert man die Stärke und die Richtung des Magnetfeldes, verformt sich der Winzling entsprechend: So kann er laufen, rollen, hüpfen, schwimmen und kleine Lasten greifen und transportieren. «Uns schwebt vor, dass unser Milliroboter eines Tages Medikamente dorthin transportiert, wo sie gebraucht werden – ähnlich einer Paketlieferung an die Haustür», sagt Sitti. Für einige Aufgaben dürfte aber auch der Winzling noch zu gross sein. Entsprechend forscht man bereits an noch kleineren Strukturen im Mikro- und Nanometerbereich.

Klein genug, um durch Schleimhäute zu kommen

Doch so winzige Roboter haben ein fundamentales Problem: «In dieser Dimension herrschen andere Kraftverhältnisse, die Physik ist nicht mehr intuitiv begreifbar», erklärt Eva-Kathrin Ehmoser, Leiterin des Instituts für synthetische Bioarchitekturen in Wien: Gravitation spiele kaum mehr eine Rolle, Interaktion zwischen Molekülen dafür umso mehr. Folglich schwimmt ein Bakterium nicht durch Wasser, sondern muss sich hindurch bohren, ungefähr so, wie wenn wir uns durch Honig bewegen müssten. So haben viele Bakterien ­einen Schwanz, Geissel oder Flagellum genannt, der sich wie ein Propeller dreht. Mechanismen, von denen sich Nanobiotechnologen inspirieren lassen. Das Ziel: Mikro- und Nanoschwimmer, die so klein sind, dass sie sich eines Tages durch Schleimhäute, die Blut-Hirn-Schranke oder im Inneren des Augapfels bewegen könnten.

Auch das Team des Nanobiotechnologen Bradely Neslon von der ETH in Zürich entwickelt ­Mikro- und Nanoroboter für medizinische Zwecke: «Wir wollen Roboterschwärme in die Nähe von Tumorzellen manövrieren und sie für gezielte Therapien nutzen. Im Labor ist uns die gezielte Abgabe von Medikamenten an Krebszellen bereits gelungen», sagt Daniel Ahmed aus Nelsons Team. Im Tiermodell sei das noch schwierig, auch weil die Standortverfolgung der miniaturisierten Gefährte mithilfe von Ultraschall oder Röntgenstrahlen noch eine Herausforderung sei. Dennoch entwickeln die ETH-Forscher bereits biologisch abbaubare Roboter, die sich nach ihrem Einsatz im Körperinneren automatisch auflösen sollen. Der grösste Traum aller Nanobiotechnologen heisst aber: Autonomie. Roboter, die sich eigenständig zu ihrem Ziel bewegen und nicht von aussen gesteuert werden müssen.

Der Blick in die Zukunft lässt staunen und den Science-Fiction-Film von 1966, «Die phantastische Reise» – bei der ein winziges U-Boot durch das Körperinnere fährt –, in einem sehr realistischen Licht erscheinen.

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