Miniroboter lässt sich gezielt durch Blutbahn steuern

Im Kinofilm schrumpft ein U-Boot samt Besatzung auf Miniaturgröße und fährt dann zum Reparatureinsatz durch den menschlichen Körper. In der Wirklichkeit ist es kanadischen Forschern jetzt erstmals gelungen, eine winzige Metallperle ebenso gezielt durch das Adersystem eines lebenden Körpers zu steuern -- mithilfe von Magnetfeldern.

Montreal (Kanada) - Sie veränderten einen typischen Klinik-Scanner für die Kernspintomographie so, dass er in Bruchteilen von Sekunden zwischen Schauen und Schieben umschaltete: Der bildgebende Modus zeigte den aktuellen Ort der Perle innerhalb der Adern, der Antriebsmodus erzeugte Magnetfelder, die sie in die gewünschte Richtung voranschob. In Zukunft könnten Miniroboter auf diese Weise Blutgerinnsel vor Ort auflösen oder Medikamente zielgenau in Tumoren transportieren.

Es funktioniert, kleine Objekte lassen sich ohne Verbindung nach außen durch einen lebenden Körper steuern, schreibt das Team um Sylvain Martel im Fachblatt "Applied Physics Letters". Die Nanorobotiker der École Polytechnique de Montréal lenkten ihren Prototyp durch den Körper eines Schweins. Die ferromagnetische Perle maß 1,5 Millimeter im Durchmesser, wog 13,6 Milligramm und erreichte eine Geschwindigkeit von mehr als 11 Zentimetern pro Sekunde. Die Steuerung erfolgte über einen umgebauten herkömmlichen Kernspin- oder Magnetresonztomographen. Durch gezieltes Ansteuern der drei Elektromagneten, die senkrecht zueinander stehen, erzeugten die Forscher gezielt Magnetfelder im dreidimensionalen Raum, die die Metallperle in eine gewünschte Richtung trieben.

Um gleichzeitig zu sehen, wo die Perle sich befand, musste der Tomograph in seinen Standardmodus umgeschaltet werden, der die Lage und Dichte von Gewebe, Blutbahnen und anderer Objekte im Körper anzeigte. Die Forscher entwickelten einen Algorithmus, der im 20 Millisekunden-Rhythmus umschaltete, während ein angeschlossener Computer das jeweilige Bild aufzeichnete und binnen kürzester Zeit die nötigen Magnetfelder errechnete, um die Perle weiter zu steuern. Das gelang mit einer Genauigkeit von knapp einem halben Millimeter, berichtet das Team, und zwar relativ leicht in Adern, die doppelt so breit waren wie die Perle. Für engere Blutgefäße müsste das Objekt noch schrumpfen, und zusätzliche Antriebsmagneten würden nötig. Die Forscher arbeiten bereits daran.

Bislang ist gezieltes Vordringen in den Körper nur über die minimal-invasive Chirurgie möglich, die an langen flexiblen Stangen Kameras und chirurgische Instrumente in den Körper bringt. Reines Beobachten ist auch mit einer Kapselkamera möglich, die vom Patienten geschluckt wird und beim Weg durch das Verdauungssystem etwa Schäden am Darm dokumentieren kann. Diese Kapsel rutscht allerdings ungesteuert, wenn auch an einer Lenkung über eine Schraube oder Krabbelbeine geforscht wird. Im Nanometermaßstab sind winzige Zellen oder Moleküle in der Erforschung, die ebenfalls Medikamente transportieren könnten -- mit Eisengehalt lassen sie sich ebenfalls magnetisch lenken, oder sollen auf biologischem Wege ihr wahrscheinlichstes Ziel finden.