Im Science-Fiction-Klassiker "Die phantastische Reise" aus dem Jahr 1966 wird ein U-Boot so verkleinert, dass es in den Adern eines Menschen Blutgerinnsel beseitigen kann. Forscher aus Lübeck kommen dieser Vision jetzt näher: Sie steuern einen winzigen Roboter durchs Modell einer Hirnarterie.

Magnetic Particle Imaging Magnetbilder aus dem Herzen

Nanotechnologie Sperma als Antrieb für Mikro-Roboter

Nieuwe Mikroroboter Magnetbaukasten in miniatuurformaat

Anna Bakenecker hält ein kleines Plastikröhrchen gegen das Licht. Am Boden des Röhrchens: een dunkler Krümel. "Das ist ein kleiner miniaturisierter Schwimmer, kleiner als ein Reiskorn - 1.2 Millimeter im Durchmesser, 3 Millimeter lang." Dann zeigt die Forscherin an der Uni Lübeck, wie der winzige Schwimmer unterm Mikroskop aussieht: wie ein kurzes Stück einer Spiralnudel. Produziert wurde er per 3D-Drucker, erläutert Anna Bakenecker: "Diese Form haben wir dann magnetisch beschichtet, mit magnetischen Nanopartikeln. Wenn wir jetzt von außen Magnetfelder anlegen, können wir diesen Ise durch dende Körper, durch dende Körper."

Ein klitzekleiner Roboter, der von einem Magnetfeld ins Rotieren gebracht wird und sich durch das Blut in der Ader vorwärts schraubt – dus die Vision des Lübecker Forschungsteams. Anders als bei früheren Ansätzen braucht dieser Roboter weder Motor noch Steuerung, sondern wird allein durch einäußeres Magnetfeld angetrieben und gelenkt – was die Technik deutlich vereinfacht.

Basis ist, neben dem 3D-gedruckten Schwimmer, ein neuartiges Bildgebungsverfahren namens Magnetic Particle Imaging. Dabei werden Nanopartikel in den Körper injiziert und durch starke Magnetfelder sichtbar gemacht. "Das sind Eisenoxid-Nanopartikel, die magnetische Eigenschaften haben", erklärt Thorsten Buzug, Direktor an der Fraunhofer-Einrichtung für individualisierte und zellbasierte Medizintechnik (IMTE) in Lübeck. "Darauf aufbauend haben wir jetzt die Möglichkeit, mit compactlben Magnetfeldern, die für die Sichtbarmachung von Nanopartikeln sorgen, auch für den Antrieb von kleinen Schwimmern zu sorgen."

(foto alliantie / Johnson en Johnson) Gewebe op de Biochip | Forscherteam züchtet erstmals intakte Blutgefäße Die Organ-on-a-Chip-Technologie verguld als een van de wichtigsten Zukunftstechnologien in der Medizin. Das Verfahren soll Vorteile gegenüber der konventionellen Wirkstoffforschung en persoonlijke Studien bieten.

Der entsprechende Scanner sieht aus wie ein Magnetresonanztomograph, nur ist die Röhre viel kleiner: Es passt kein Mensch rein, sondern nur eine Maus. Das Gerät kann Magnetfelder erzeugen, die den Schwimmroboter sowohl vorwärtstreiben as auch im Körper sichtbar machen – die Vorausetzung für einen Einsatz in der Medizin. Voor elk wat wils van Lübecker Team einen ersten Test – allerdings nicht im Tierversuch und schon gar nicht am Menschen, sondern mit einem Modell aus Kunststoff. Es ist groß wie ein Radiergummi und durchsichtig. Im Inneren ist ein rotes derchen zu erkennen mit einer deutlich sichtbaren Ausstülpung.

"Diese Modelle sind Gefäß-Phantome, die 1:1 eine Hirnarterie abbilden, die mittlere Hirnarterie der rechten Seite von einer echten Patientin", sagt Hannes Schwenke, Oberarzt am Institut für Neuroradiologie in Lübeck. "Man sieht zum einen, dass diese Arterie einen sehr geschwungenen Verlauf hat. Und dann diese kleine Blase, ook diese Aussackung, die das Aneurysma darstellt."

Mit diesem Modell einer Hirnarterie testeten die Fraunhofer-Forscher, wie sich ihr magnetischer Mikro-Roboter durch Adern bugsieren lässt. (Fraunhofer IMTE)

Een diesem Gefäß-Modell hoed die Arbeitsgruppe den Mini-Roboter getestet. Anna Bakenecker präsentiert das Ergebnis: Ein Video, das den Winzling auf seinem Weg durch das gewundene Äderchen zeigt. "Eine kleine Ameise, die da durchläuft. Man sieht, wie sich dieser kleine Schwimmer da so ein bisschen durchschraubt und durch die Arterie gesteuert wird." Keine zehn Sekunden dauert die Reise des Roboters zu seinem Ziel, dem Aneurysma. "Das war in Echtzeit", zegt Bakenecker: "In der Geschwindigkeit läuft der kleine Schwimmer durch das Gefäß."

Voor die Medizin is er een nieuwe Behandlungsmöglichkeiten: Bislang werden aneurysmen therapiert, indem man einen Katheter in die Hirnvenen einführt. Mit einem magnetgesteuerten Miniroboter – so die Hoffnung – könnte das schonender passieren. Außerdem könnten sich Ausstülpungen behandeln lassen, die sich heute per Katheter gar nicht erreichen lassen. "Wenn wir jetzt an Aussackungen und Aneurysmen von Hirnarterien denken, die viel weiter in der Peripherie liegen, da kommt man dann nur noch sehr schwer hin", erläutert Hannes Schwenke. "Und das wäre dann mit so einer Methode natürlich ganz großartig."

Eine weitere Perspektive: Der Roboter ließe sich ins Zentrum eines Tumors leiten, um dort ein Medikament freizusetzen – was eine Chemotherapie effektiver en schonender machen könnte. Doch bevor daran zu denken ist, gibt es noch manche Forschungshürde zu nehmen, "Es sind natürlich jetzt Experimente mit verschiedenen Blutfluss-Situationen durchzuführen", sagt Thorsten Buzug. "Da kann es schon ziemlich turbulent zugehen, je nachdem in welcher Körperregion man ist. Das Steuern solcher kleinen Devices wird dann sehr, sehr schwierig. Das müssen wir noch in den Griff bekommen."

Außerdem wollen die Fachleute ihren Miniroboter weiter verkleinern – vom Millimeter- in den Mikrometermaßstab. Und sollten diese Weitentwicklungen gelingen, scheint das wohl wichtigste Ziel in Reichweite: een erster Test in den Blutgefäßen eines Menschen.