Mit Antikörpern beschichtete Mikroroboter holten seltene Tumorzellen aus Blutproben aller 23 Leberkrebspatienten – ein Hinweis auf ihr Potenzial für künftige Krebsdiagnosen.
Forschende haben einen winzigen weichen Roboter entwickelt, der mit haarähnlichen Strukturen bedeckt ist. Er kann den Blutfluss gezielt verändern. So könnten Medikamente leichter die Gefäßwände erreichen, Blutgerinnsel schneller zerfallen und seltene Krebszellen eingefangen werden.
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Ein Team vom Shenzhen Institute of Artificial Intelligence and Robotics for Society, der Chinese University of Hong Kong und dem Chinese PLA General Hospital in China hat das System „CiliaVine“ gebaut. Es soll langfristig Medikamente genauer an ihren Einsatzort bringen, Blutgerinnsel behandeln und möglicherweise Krebserkrankungen überwachen, indem es im Blut zirkulierende Tumorzellen einfängt.
Der Roboter sitzt auf einem medizinischen Führungsdraht und wird mit Magnetfeldern gesteuert. Diese setzen die feinen, flexiblen Härchen, sogenannte Zilien, in unterschiedliche Bewegungsmuster.
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In der Studie (Quelle auf Englisch) prüfte das Team, wie gut der Roboter Blutgerinnsel auflösen und Medikamente in Laborgefäßen verteilen kann. Zudem testeten sie, ob er Tumorzellen aus Blutproben von Leberkrebspatientinnen und -patienten sowie im Körper von Kaninchen mit Lebertumoren einfängt.
Normalerweise fließt Blut in Gefäßen in glatten Schichten. Das ist gut für den Kreislauf, erschwert aber, Medikamente, Partikel oder Zellen quer zum Strom zu transportieren.
Das Team hat den Roboter so konstruiert, dass er diesen Fluss punktuell stört. Je nach Programmierung des Magnetfelds pumpen die Zilien Material zur Gefäßwand, ziehen es von ihr weg oder erzeugen kleine Wirbel, die die Umgebung mischen.
In Labortests gelangten mit Hilfe des Roboters deutlich größere Mengen eines Modellmedikaments an die Gefäßwand.
Die Gesamtmenge an der Wand lag um 146 Prozent höher als bei einer natürlichen Verteilung des Wirkstoffs, 75 Prozent mehr gelangten einen Millimeter über die Gefäßwand hinaus.
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Außerdem untersuchte das Team, ob der Roboter Blutgerinnsel schneller auflösen kann. In einem Gefäßmodell, das mit dem gerinnselauflösenden Medikament tPA behandelt wurde, lösten sich die Klumpen mit aktivem Roboter in etwa 40 Minuten auf. Ohne ihn dauerte es im Mittel 70 Minuten.
Der Mikroroboter könnte laut Studie auch bei der Krebsüberwachung helfen. Die Forschenden beschichteten ihn mit Antikörpern und fingen damit zirkulierende Tumorzellen ein – seltene Krebszellen, die in den Blutstrom gelangen. In Proben aller 23 untersuchten Leberkrebspatientinnen und -patienten am Chinese PLA General Hospital in China fanden sie solche Zellen.
Das Team erprobte den Roboter auch in lebenden Kaninchen mit Lebertumoren. Dabei führten sie ihn über einen Katheter in eine große Vene ein und steuerten ihn 20 Minuten lang magnetisch. In den untersuchten Gefäßabschnitten zeigten sich keine Entzündungszeichen oder Gewebeschäden.
Beim Menschen kam die Technologie bislang weder als Therapie noch als Diagnosewerkzeug zum Einsatz. Nach Einschätzung der Forschenden könnte sie eines Tages ermöglichen, Medikamente und Zellen gezielt in bestimmten Bereichen des Blutstroms zu steuern, statt sie allein dem natürlichen Fluss zu überlassen.