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Magnetisch gesteuerte Miniroboter bringt Medikament gezielt zum Herzen
Medikamente auf den Punkt: Bei schweren Herzinfektionen erreichen Antibiotika die betroffenen Stellen nicht immer ausreichend. Zwei magnetisch gesteuerte Miniroboter sollen Wirkstoffe künftig direkt an das erkrankte Herzgewebe bringen. In Herzmodellen und an entnommenem Schweineherzgewebe konnten Forscher bereits zeigen, dass die Module navigieren, andocken und Flüssigkeit abgeben können. Eine Behandlung lebender Herzen ist noch nicht erprobt.
Baltimore (U.S.A.). Bei einer infektiösen Endokarditis siedeln sich Bakterien an der Herzinnenhaut oder den Herzklappen an. Die Erkrankung kann das Herz erheblich schädigen und erfordert meist eine mehrwöchige Behandlung mit Antibiotika. Doch die Medikamente verteilen sich über den gesamten Blutkreislauf, während sie am Infektionsherd in möglichst hoher Konzentration benötigt werden.
Bei schweren Verläufen reichen Antibiotika allein nicht immer aus. Dann kann eine Operation notwendig werden, beispielsweise um eine beschädigte Herzklappe zu ersetzen. Eine Möglichkeit, Wirkstoffe ohne großen Eingriff direkt an die betroffene Stelle zu bringen, wäre deshalb ein Fortschritt.
Forscher der Johns Hopkins University (JHU) um Anuruddha Bhattacharjee haben dafür nun zwei millimetergroße, magnetisch steuerbare Roboter entwickelt und im Labor getestet. Gemeinsam sollen sie Arzneimittel transportieren und an einer genau bestimmten Stelle des Herzgewebes abgeben. Die beiden Module sind etwa so breit wie eine Bleistiftspitze und ungefähr so lang wie ein Reiskorn.
Das erste Modul besitzt eine winzige, mit Widerhaken versehene Nadel. Es soll sich am Zielgewebe verankern und dort als Andockstelle dienen. Anschließend kann ein zweiter Miniroboter mit einer kleinen Flüssigkeitsladung folgen, sich magnetisch an das Nadelmodul koppeln und seine Ladung allmählich freisetzen.
Die Bewegung steuert ein äußeres System aus elektromagnetischen Spulen. Kamerabilder liefern einem computergestützten Regelverfahren die nötigen Informationen, um die Roboter zum Ziel zu lenken. Eigene Motoren oder Batterien benötigen sie dafür nicht.
„Die magnetische Steuerung ist spannend, weil man den Roboter selbst nicht mit Energie versorgen muss. Er trägt weder Batterien noch Motoren“, erklärt Axel Krieger von der Johns Hopkins University (JHU).
Das zweiteilige System hat einen weiteren Vorteil: Das verankerte Nadelmodul könnte am Einsatzort bleiben, während sich der leere Medikamententräger entfernen und durch einen neuen ersetzen lässt. Damit wären wiederholte Wirkstoffgaben denkbar, ohne jedes Mal eine neue Andockstelle schaffen zu müssen.
Ob das Prinzip funktioniert, hat das Team zunächst in künstlichen Herzmodellen aus gelartigem Material untersucht. Darin erzeugten die Forscher einen pulsierenden Flüssigkeitsstrom, der wesentliche Bedingungen des Blutflusses nachbilden sollte. Weitere Tests erfolgten an entnommenem Herzgewebe von Schweinen.
Die Ergebnisse: Mithilfe der bildgestützten Steuerung konnten die Miniroboter ihre vorgegebenen Wege auch unter Strömungseinfluss verfolgen. Bei den untersuchten Andockversuchen gelang das magnetische Koppeln in 100 Prozent und das Lösen in 93 Prozent der Fälle. Diese Werte beschreiben die Versuche im Labor, nicht die Zuverlässigkeit eines späteren Einsatzes im Menschen.