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Forschung/Chirurgie Mikroroboter unterwegs im Auge

Autor / Redakteur: Elsbeth Heinzelmann / Peter Reinhardt

Wo früher für eine Operation ein Bauchschnitt nötig war, ist heute - ohne einen Blutstropfen zu verlieren - Laparoskopie am Werk. Chirurgische Eingriffe werden durch Endoskope und Katheter ersetzt. Die minimal-invasive Chirurgie revolutioniert insofern längst den Operationssaal und macht auch vor einem unserer heikelsten Sinnesorgane, dem Auge nicht Halt.

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Mit spezifischen Wirkstoffen beladen soll der magnetisch gesteuerte Mikrooboter gezielt Blutgerinnsel im Auge aufstöbern und beseitigen
Mit spezifischen Wirkstoffen beladen soll der magnetisch gesteuerte Mikrooboter gezielt Blutgerinnsel im Auge aufstöbern und beseitigen
(Bild: ETH Zürich)

Laut Studien gehört bei 1,6 Prozent der Menschen über 49 Jahren der Verschluss der Netzhautvene (retinal vein occlusion = RVO) zu den häufigsten Gründen für Sehverlust. Grund ist eine Blockierung des Blutflusses durch die Netzhautvene, was zu Schwellungen und Blutungen in der Netzhaut führt.

Magnetische Winzlinge

Noch fehlt eine effiziente klinische Behandlung. Das könnten die Mikroroboter ändern, denen Bradley J. Nelson, Professor am Institut für Robotik und Intelligente Systeme der ETH Zürich, und seine KollegInnen Leben einhauchen. Die nur 1,8 mm langen magnetischen Winzlinge werden durch Injektion in den Glaskörper zwischen Linse und Netzhaut injiziert. Dabei verhalten sie sich wie kleinste Magnete, welche der Arzt durch externe elektromagnetische Felder gezielt zum Thrombus – dem Blutpfropf – führen kann.

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Um Biokompatibilität zu gewährleisten, erhalten die Roboter eine Polymer-Beschichtung. Diese ist so ausgewählt, dass sie sich in Raumtemperatur verwenden und in einem dreidimensionalen Prozess verarbeiten lässt. Damit sich anders als bei ersten Experimenten keine Zellen am Roboter verklumpen, haben die Forscher das Polymer neu mit Zellen abstoßender Wirkung konzipiert.

Mit der Mikronadel direkt ins Blutgerinnsel

Die kleinen Helfer haben die Form von Hohlzylindern, um ähnlich einer Pille in ihrem Innern die Wirksubstanz aufzunehmen und an den Bestimmungsort zu transportieren. Diese besteht aus t-PA (tissue plasminogen activator), einem Gewebe-plasminogen-Aktivator, synthetisiert aus menschlichen Endothelzellen. Hat der Mikroroboter am Blutgefäss angedockt, wird das t-PA mit einer Mikronadel direkt ins Blutgerinnsel eingebracht.

Da t-PA ein Enzym ist und die Reaktion der Gerinnselauflösung abhängig von der Enzym-Reaktionsrate, ist anzunehmen, dass die Langzeit-Abgabe von t-PA mehr Wirkung zeigt als eine Bolus-Injektion, eine intravenöse Schnellinjektion. Dass aus ophthalmologischer Sicht die Laborarbeiten realitätsnah ablaufen, dafür ist Professor Dr. Carsten Framme zuständig, Leitender Arzt an der Universitätsklinik für Augenheilkunde des Inselspitals Bern und klinischer Partner im Projekt.

Unbekannte Größen am Werk

Doch im Reich der Mikrochirurgie tauchen ungelöste Fragen auf. Zwar sind die magnetischen Kräfte, die im angewandten elektromagnetischen Feld auf den Mikroroboter einwirken, gut verstanden. Im Dunkeln tappten die Forscheraber, welcher Größenordnung jene Kräfte waren, die es zur Punktion der retinalen Venen braucht. Entsprechend analysierten sie die magnetischen Kräfte durch Vergleich der benötigen Punktionskräfte mit gemessenen magnetischen Kräften und früher entwickelten Modellen.

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