Schon seit einiger Zeit tüfteln verschiedene Forschergruppen mit unterschiedlichen Methoden an futuristisch wirkenden Behandlungstechniken: Eines Tages könnten mikroskopische Roboter im Körper medizinische Missionen erfüllen – so die Vision. Bei der Entwicklung praktikabler Systeme stehen Wissenschaftler allerdings vor kniffligen Herausforderungen: Die Mikroroboter müssen über Antriebssysteme verfügen, aber dennoch einfach aufgebaut sein, damit sie mit wenig Aufwand und in großer Stückzahl hergestellt werden können. Ein weiterer Aspekt ist die biologische Verträglichkeit und ein rückstandsloser Abbau: Die Gebilde dürfen im Körper keine Immunreaktionen hervorrufen und nach ihrem Einsatz keine problematischen Überbleibsel hinterlassen.
Einige Entwickler setzten deshalb biologische Materialien für die Konstruktion ihrer Mikroroboter ein. Andere nutzen hingegen Funktionseinheiten, die schon komplett von der Natur bereitgestellt werden, als Grundlage für ihre Systeme: Sie kreieren hybride Roboter aus der Kombination von biologischen „Bauteilen“ oder lebenden Organismen mit technischen Elementen. Im aktuellen Fall hat das interdisziplinäre Forscherteam der University of California in San Diego einzellige Algen für seine Entwicklung verwendet. Der interessante Aspekt der Art Chlamydomonas reinhardtii ist dabei neben der einfachen Vermehrung ihr leistungsfähiges Fortbewegungssystem: Die grünen Winzlinge verfügen über zwei schlagende Geißeln, mit denen sie sich in ihrem natürlichen Wasser-Lebensraum effektiv fortbewegen können.
Natürliches Antriebssystem genutzt
Wie Voruntersuchungen der Wissenschaftler zeigten, können sich die Algen auch in Flüssigkeit, wie sie im Bronchialsystem der Lunge vorkommt, effektiv fortbewegen. Um sie in biohybride Mikroroboter für den medizinischen Einsatz in diesem Organ zu verwandeln, haben die Forscher die Körper der Einzeller durch biochemische Verfahren mit Antibiotika-gefüllten Nanopartikeln beschichtet. Diese Behälter bestehen aus Polymersubstanzen, die vollständig biologisch abbaubar sind. In einem entsprechenden Umfeld lösen sie sich dadurch langsam auf, geben nach und nach ihren Inhalt frei und hinterlassen am Ende keine problematischen Rückstände. Außerdem wurden die Nanopartikel mit Zellmembranen von weißen Blutkörperchen beschichtet, um mögliche Reaktionen des Immunsystems einzuschränken.
Um die erhoffte Wirkung des Konzepts auszuloten, setzte das Team die Algen-Mikroroboter ein, um Mäuse mit einer akuten Form der Lungenentzündung zu behandeln, die durch das Bakterium Pseudomonas aeruginosa verursacht wird. Dieses Testsystem besitzt klinische Relevanz, betonen die Forscher: Solche Infektionen treten häufig bei Patienten auf, die auf der Intensivstation mechanisch beatmet werden müssen. Bei den Versuchen brachte das Team die Mikroroboter über einen eingeführten Schlauch in das Bronchialsystem der von einer akuten Infektion betroffenen Versuchstiere ein und untersuchte die Wirkungen.
