Nanobots könnten Hirnaneurysmen künftig sicher verschließen

Magnetisch gesteuerte Nanobots gegen Hirnaneurysmen

Schwärme kugelförmiger Nanobots, die nur unwesentlich größer als ein Virus sind, könnten eines Tages weltweit jedes Jahr Hunderttausende Leben retten, indem sie tödliche Blutungen im Gehirn stoppen.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Fachleuten der Shanghai Jiao Tong University und der University of Edinburgh hat magnetisch steuerbare Partikel entwickelt. Sie sollen präzise Mengen eines Gerinnungsmittels durch die Blutgefäße transportieren und so das Platzen von Gefäßen verhindern.

Wie wirksam das Verfahren sein könnte, zeigte sich in einem Tierversuch: Milliarden der mit Medikamenten beladenen mikroskopischen Strukturen wurden durch den Körper eines Versuchstiers gelenkt, um ein Modellaneurysma in dessen Halsschlagader sicher zu entschärfen.

Zwar wurde die Technologie bislang noch nicht an Patientinnen und Patienten mit Schlaganfallrisiko erprobt. Das Team ist jedoch inzwischen zuversichtlich, dass sein Konzept kontrollierte Medikamentenmengen punktgenau an einen Zielort bringen kann, ohne dabei auch nur einen Tropfen zu verlieren.

„Nanoroboter werden neue Grenzen in der Medizin erschließen – sie könnten uns ermöglichen, chirurgische Reparaturen mit weniger Risiken als bei herkömmlichen Behandlungen durchzuführen und Medikamente in schwer erreichbaren Körperregionen mit höchster Präzision zu platzieren“, sagt Qi Zhou, Co-Leiter der Studie und computergestützter Biophysiker an der University of Edinburgh.

„Unsere Studie ist ein wichtiger Schritt, um diese Technologien einer Behandlung kritischer Erkrankungen im klinischen Umfeld näherzubringen.“

Aufbau und Steuerung der Nanobots

Jedes Partikel hat durchschnittlich einen Durchmesser von lediglich 300 Nanometern. Es besteht aus einem Magnetitkern, der von einer Nutzlast des Gerinnungsmittels Thrombin umgeben ist. Diese wiederum wird durch eine Schutzhülle aus einem Material eingeschlossen, das exakt bei 42,5 Grad Celsius schmilzt – knapp oberhalb der menschlichen Körpertemperatur.

Unter der Anleitung einer Fachkraft setzt ein Magnetfeld den Eisenoxidkern Drehkräften aus und zieht das Nanopartikel durch ein per Ultraschall kartiertes Geflecht von Blutgefäßen. Erst wenn die Bots das Aneurysma sicher erreicht haben, wirkt ein schnell wechselndes Magnetfeld auf sie ein und schmilzt ihre Beschichtung. Dadurch wird die Gerinnung ausgelöst und das Blutgefäß am Platzen gehindert.

Die Forschenden prüften ihre Entwicklung in mehreren Versuchen: untersucht wurden die Gerinnungswirkung, die Schmelzpunkte, die Widerstandsfähigkeit gegen Abbau sowie letztlich die sichere Funktionsfähigkeit im Körper. Eine Lösung mit injizierten Nanobots wurde über eine kurze Strecke durch die Halsschlagader des Tiers zu einer modellierten Schwachstelle in der Arterienwand befördert. Dort hielten die Forschenden die Partikel an und veranlassten sie auf Befehl, ihre Wirkstofffracht freizusetzen.

Nach Angaben des Teams gab es weder Hinweise auf Entzündungen noch auf unbeabsichtigte Schäden durch den Erwärmungsprozess oder die Verabreichung des Medikaments. Das spricht für weitere Tests.

Hirnaneurysmen und mögliche Vorteile

Hirnaneurysmen betreffen weltweit etwa 3 Prozent der Menschen. Nur ein kleiner Anteil reißt zwar tatsächlich, doch wenn sie ihren lebenswichtigen Inhalt in das Gewebe abgeben, sind die Folgen gravierend: Häufig kommt es zu Behinderungen und zum Tod bei dem, was gemeinhin als ischämischer Schlaganfall bezeichnet wird.

Die Ausstülpungen entstehen durch eine Ausdünnung der Gefäßwand. Um einen Riss zu verhindern, werden sie üblicherweise chirurgisch behandelt: Dabei wird der geschwächte Abschnitt abgeklippt oder umgangen, alternativ verschließt ein endovaskuläres Coiling den Blutfluss in die vorgewölbte Sackstruktur.

Wenn Nanobots stattdessen als endovaskulärer Pfropf eingesetzt werden, könnten medizinische Spezialistinnen und Spezialisten eine mögliche Abstoßung von Clips sowie die Risiken einer Operation und eines Bypasses von Blutgefäßen umgehen.

Damit die Nanobots auch die tiefer gelegenen Bereiche des menschlichen Körpers erreichen können, sind weitere Innovationen nötig. Diese Distanzen liegen über der Reichweite, die Magnetfelder derzeit abdecken können.

Als Machbarkeitsnachweis deutet das Konzept jedoch darauf hin, dass dieser mikroskopische Sanitätsdienst eines Tages eine sichere und schnelle Methode sein könnte, um ein instabiles Blutgefäß vor dem Platzen zu bewahren und damit einen tödlichen Ausgang zu verhindern.

Die Forschungsergebnisse wurden in Small veröffentlicht.