Präzision und Schlagkraft sind gefragt! Verschiedene Forschergruppen auf der Welt entwickeln momentan Partikel- und Mikroroboter-Systeme, die starke Medikamente möglichst genau zu den Orten im Körper bringen sollen, wo sie benötigt werden. Ein Problem ist dabei allerdings häufig, dass die freischwimmenden Winzlinge mit den komplexen Flüssigkeitsströmen im menschlichen Körper zu kämpfen haben.
“Deshalb kommt es häufig zu einer Zerstreuung der Partikel. Was man aber eigentlich erreichen möchte, ist, dass die größte Konzentration des Therapeutikums an einer bestimmten Stelle vorhanden ist und es sich nirgendwo anders verteilt, denn das könnte zu gesundheitlichen Bedrohungen führen“, sagt Arnold Mathijssen von der University of Pennsylvania in Philadelphia. Bislang werden Katheter und Mikronadeln eingesetzt, um eine möglichst zielgenaue Applikation zu ermöglichen. Doch diese Gebilde können nicht beliebig verschlankt werden. Denn bei Unterschreitung bestimmter Größen transportieren sie mikroskopisch kleine Objekte nicht mehr effektiv. Deshalb können bisher auch die filigransten Katheter und Mikronadeln feinere Blutgefäße im Körper nicht erreichen.
Bio-inspiriertes Transportsystem
Um Lösungen für die bisherigen Probleme der zielgenauen Wirkstoffapplikation zu finden, ließen sich Mathijssen und seine Kollegen von der Biologie inspirieren. “In den Zellen gibt es eine wunderbare Lösung: Mikrotubuli, die Teil des Zytoskeletts sind, verwenden molekulare Antriebssysteme, um Lasten an verschiedene Orte in der Zelle zu transportieren”, sagt Mathjissen. Dieses Beförderungssystem kommt dabei auch mit Strömungsschwankungen zurecht, ähnlich wie wir sie in Blutgefäßen und anderswo im Körper finden. Deshalb haben wir uns der Aufgabe gewidmet, mittels Nanotechnologie ein System zu entwickeln, das als ein ähnlicher Transportmechanismus fungieren kann“, so Mathjissen.
Wie die Wissenschaftler berichten, gelang es ihnen, eine künstliche Version der Mikrotubuli zu entwickeln. Es handelt sich dabei um dünne Fasern, deren Grundmaterial elastische Polymere bilden. Mit einer Breite von nur 80 Mikrometern sind diese künstlichen Mikrotubuli schmal genug, um durch enge Blutgefäße zu gleiten, erklären die Forscher. Die funktionellen Einheiten bilden magnetische Nickelplättchen, die in bestimmten Abständen wie Trittsteine in die Fasern integriert sind. Durch das Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes um die künstlichen Mikrotubuli herum werden diese Nickel-Trittsteine zu Magneten. Dadurch können sie metallische Mikroroboter in eine Vorwärtsbewegung versetzen. “Wir platzieren die Mikrotubuli in einem rotierenden Magnetfeld, wie bei einem MRT-Gerät. Wenn man das Feld langsam dreht, bewegen sich die Teilchen“, erklärt Mathijssen.
