ETH Zürich: Mikroroboter bringt Medikamente direkt ins Gehirn

Jährlich erleiden weltweit rund zwölf Millionen Menschen einen Schlaganfall. Um den Thrombus aufzulösen, müssen heute oft hohe Medikamentendosen systemisch verabreicht werden – mit entsprechendem Risiko für Nebenwirkungen wie innere Blutungen.

Ein neuer Ansatz der ETH Zürich könnte das ändern: Ein Mikroroboter bringt den Wirkstoff gezielt in die betroffene Gefässregion und löst sich dort auf, um ihn freizusetzen.

Die kugelförmige Kapsel besteht aus einer auflösbaren Gelhülle, in der Eisenoxid-Nanopartikel für magnetische Eigenschaften sorgen. Zusätzliche Tantal-Nanopartikel machen sie auf Röntgenbildern sichtbar.

Über einen speziellen Katheter wird der Mikroroboter in die Nähe des Zielorts gebracht. Anschliessend steuern magnetische Felder die Kapsel durch komplexe Gefässstrukturen. Drei Nagivationsstrategien kommen dabei zum Einsatz: ein rotierendes Magnetfeld, ein Magnetfeld-Gradient und die In-Flow-Navigation.

«Magnetische Felder eignen sich hervorragend für minimalinvasive Eingriffe, da diese tief in den Körper eindringen und – in den Stärken und Frequenzen, welche wir nutzen – keinen Einfluss auf den Körper haben», erklärt ETH-Professor Bradley Nelson in einer Mitteilung.

Den Forschenden gelang es, die Mikroroboter mit gängigen Medikamenten für verschiedene Anwendungen zu beladen, darunter ein Medikament das Thromben auflöst, ein Antibiotikum und ein Tumormedikament.

Freigesetzt werden die Medikamente durch ein hochfrequentes, magnetisches Feld, das die magnetischen Nanopartikel erhitzt und so die Gel-Hülle und den Mikroroboter auflöst.

Die Technologie wurde zunächst in Silikonmodellen realer Gefässe vom ETH-Spin-off Swiss Vascular getestet. Danach folgten Versuche in Schweinen und Schafen. In mehr als 95 Prozent der getesteten Fälle gab die Kapsel das Medikament erfolgreich am richtigen Ort ab.

«Diese komplexe anatomische Umgebung hat sehr viel Potenzial für weitere therapeutische Eingriffe, deshalb war es für uns so spannend, dass der Mikroroboter auch hier seinen Weg fand», kommentiert Erstautor Fabian Landers vom Multi-Scale Robotics Lab der ETH Zürich die erfolgreichen Tests unter realen klinischen Bedingungen.

Neben Thrombosen könnten die neuen Mikroroboter künftig auch bei lokalisierten Infektionen oder Tumoren eingesetzt werden. Ziel ist es, die Technologie baldmöglichst in den OP-Saal zu bringen, so Landers: «Im Spital machen Ärztinnen und Ärzte schon heute einen unglaublichen Job. Dass wir hier eine Technologie in den Händen haben, mit der wir schneller und effektiver helfen, und durch neuartige Therapien Patient:innen wieder Hoffnung geben können, treibt uns an.»