Zusammenfassung

Magnetisch gesteuerte Mikroroboter sollen Medikamente gezielter an Blutgerinnsel transportieren. In einem Gefäßmodell beschleunigte das an der ETH Zürich entwickelte Verfahren die Thrombolyse deutlich. Erste Versuche mit der Charité im Großtiermodell liefern weitere Hinweise auf den möglichen Nutzen.

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Im Detail

Magnetisch gesteuerte Mikroroboter sollen Medikamente gezielter an Blutgerinnsel transportieren. In einem Gefäßmodell beschleunigte das an der ETH Zürich entwickelte Verfahren die Thrombolyse deutlich. Erste Versuche mit der Charité im Großtiermodell liefern weitere Hinweise auf den möglichen Nutzen.

Wenn ein Blutgerinnsel ein Gefäß weitgehend verschließt, entsteht ein grundsätzliches Problem: Auch Medikamente, die den Thrombus auflösen sollen, gelangen wegen des eingeschränkten Blutflusses nur noch schlecht an ihren Wirkort.

Forschende der ETH Zürich haben deshalb Mikroroboter entwickelt, die lokal zusätzliche Strömungen erzeugen und so den Transport thrombolytischer Wirkstoffe verbessern sollen. Die nur rund acht Mikrometer langen Strukturen bestehen aus einem Gel auf Basis eines bioverträglichen Zuckerpolymers, in das Eisenoxid-Nanopartikel eingebettet sind.

Die magnetischen Partikel sind entlang der Längsachse konzentriert. Dadurch können die länglichen Mikroroboter mit einem von außen erzeugten Magnetfeld angetrieben und gesteuert werden.

Mikroroboter erzeugen lokale Strömung

Der Ansatz unterscheidet sich von Konzepten, bei denen Mikroroboter lediglich einen Wirkstoff transportieren oder direkt freisetzen. Die ETH-Entwicklung soll zusätzlich das Flüssigkeitsumfeld am Thrombus beeinflussen. Ein rotierendes Magnetfeld bringt die Mikroroboter dazu, sich entlang der Gefäßwand wiederholt zu überschlagen.

Diese Bewegung zieht und schiebt die umgebende Flüssigkeit mit und erzeugt dadurch eine lokale Strömung. Thrombolytische Medikamente sollen so schneller bis an das Blutgerinnsel gelangen. Die Roboter und das Medikament könnten nach dem derzeitigen Konzept gemeinsam über einen Katheter in die Nähe des Gefäßverschlusses gebracht werden.

Die magnetische Steuerung erfolgt anschließend von außerhalb des Körpers.

Gerinnsel im Modell sechsmal schneller aufgelöst

In einem Silikonmodell mit gefäßähnlichen Kanälen untersuchte das Team den Ansatz an Gerinnseln aus Schweineblut. Nach Angaben der ETH löste das Medikament die Thromben mit Unterstützung der bewegten Mikroroboter sechsmal schneller auf als ohne die zusätzliche Strömung. Einen nächsten Schritt gingen die Forschenden gemeinsam mit Wissenschaftlern der Charité – Universitätsmedizin Berlin.

In einem Großtiermodell wurden Arterien von Schweinen mit Blutgerinnseln verschlossen und anschließend die medikamentöse Thrombolyse mit und ohne Mikroroboter verglichen. Nach 30 Minuten war laut ETH mit Unterstützung der Mikroroboter eine doppelt so große Gefäßfläche wieder durchblutet wie bei alleiniger Gabe des Medikaments.

Das Team sieht darin einen ersten Hinweis darauf, dass der strömungsverstärkende Ansatz auch unter physiologisch komplexeren Bedingungen funktionieren könnte.

Nach unserem Wissen sind wir die ersten, die in einem klinisch relevanten Grosstiermodell zeigen, dass ein solcher Mikroroboter-Ansatz die Auflösung von Thromben tatsächlich verbessert

Simone Schürle, Professorin für medizinische Mikrosysteme an der ETH Zürich

Noch weit von der klinischen Anwendung entfernt

Von einem Einsatz bei Patientinnen und Patienten ist die Technologie allerdings noch deutlich entfernt. Die Ergebnisse stammen bislang aus Labor- und Tierexperimenten. Die zugrunde liegende wissenschaftliche Arbeit befindet sich nach Angaben der ETH derzeit noch im fachlichen Begutachtungsverfahren und ist damit noch nicht peer-reviewt veröffentlicht.

Damit lassen sich insbesondere die Angaben zur sechsfach schnelleren Thrombolyse und zur verdoppelten wieder durchbluteten Gefäßfläche derzeit noch nicht anhand einer veröffentlichten Primärstudie unabhängig überprüfen. Auch grundlegende Translationsfragen sind offen.

Dazu gehören die Langzeitsicherheit der eingesetzten Materialien, das Verhalten und der Abbau der Mikroroboter im Körper sowie eine zuverlässige magnetische Steuerung unter klinischen Bedingungen.

Eine aktuelle Übersichtsarbeit aus der Arbeitsgruppe nennt Sicherheit, Steuerbarkeit, Abbaubarkeit und regulatorische Anforderungen als wesentliche Hürden für die klinische Translation magnetischer Mikro- und Nanoroboter zur Thrombolyse. Das ETH-Team will deshalb als Nächstes unter anderem untersuchen, wie sich die Mikroroboter über längere Zeiträume im Tiermodell verhalten.

Vor einer möglichen Zulassung wären darüber hinaus Untersuchungen in weiteren krankheitsspezifischen Modellen vorgesehen, beispielsweise bei Herzinfarkten. Die ETH Zürich hat die Technologie bereits zum Patent angemeldet. Die Entwicklung gehört außerdem zu den fünf Finalisten für den Spark Award 2026, mit dem die Hochschule besonders aussichtsreiche patentierte Erfindungen auszeichnet.

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