Trotz bedeutender Fortschritte in der Medizin zählen Rückenmarksverletzungen weiterhin zu den am schwierigsten zu behandelnden körperlichen Verletzungen. Narbenbildung verhindert häufig die Regeneration von Nervenfasern, und Nervenzellen können sich in der Regel nicht selbstständig regenerieren. Eine mögliche Lösung? Eine Reihe injizierbarer Nanoroboter, die Stammzellen enthalten und die Nervenzellregeneration unterstützen können. Eine detaillierte Beschreibung dieser winzigen Roboter findet sich in einer kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlichten Studie. Naturmaterialien .
Um neue Werkzeuge zu entwickeln, hat ein Team der ETH Zürich mikroskopische Geräte entwickelt, die lebende neuronale Vorläuferzellen (NPCs) – spezialisierte Stammzellen zur Behandlung von Rückenmarkserkrankungen – mit maßgeschneiderten Nanopartikeln kombinieren. Diese Nanopartikel bestehen aus zwei Schichten: Eine ist magnetfeldempfindlich, die andere wandelt Magnetfelder in elektrische Signale um.
«Wir platzieren ein Reservoir in der Mitte, in dem wir die Zellen einfangen. Dann geben wir Nanopartikel hinzu und warten, bis sich die beiden Komponenten verbinden», heißt es in einer Erklärung von Salvador Pane i Vidal, einem Mitautor der Studie und Robotikspezialisten am Zürcher Institut für Technologie.
Jeder Nanoroboter ist etwa sechs Mikrometer groß und damit kleiner als ein rotes Blutkörperchen. Das Verfahren erfordert jedoch eine enorme Anzahl an Robotern. Tierversuche benötigen Millionen von Nanorobotern. Trotz dieser großen Anzahl sind die ersten experimentellen Ergebnisse vielversprechend. In Tests an Mäusen mit Rückenmarksverletzungen begannen sich die durch die Mikroroboter stimulierten Nervenzellen innerhalb von 28 Tagen an der Verletzungsstelle wieder zu verbinden. Am Ende des Experiments zeigten die Mäuse deutliche Verbesserungen in Bewegung, Gang, Koordination und Erkundungsverhalten.
Bevor diese Nanoroboter für den breiten Einsatz bereit sind, ist noch umfangreiche Forschung nötig. Das Team hofft jedoch, eines Tages ähnliche Geräte an Menschen testen zu können. Zuvor müssen die effektivsten Magnetfelder und die Dauer der Einwirkung auf Patienten ermittelt werden. Das entwickelte Design könnte unterdessen auch zur Behandlung von regenerativen Erkrankungen von Organen und Wunden eingesetzt werden.
«Die reproduzierbare und skalierbare Herstellung von Mikrorobotern mithilfe unseres Lab-on-a-Chip-Systems beweist, dass die potenziellen Anwendungen der Plattform über die Grundlagenforschung hinausgehen«, fügten Pane und Vidal hinzu.