Mikro- und Nanoroboter: Science-Fiction oder bald Realität?
In diesem Science Digest berichten wir über die neuesten Fortschritte in der Forschung zu Mikro- und Nanorobotik und zeigen deren Anwendungspotenziale in der Diagnostik und Therapie.
Mikro- und Nanoroboter, winzige Maschinen, die auf zellulärer oder molekularer Ebene autonom im Körper operieren, sind Gegenstand intensiver globaler Forschung [1-3]. Jüngste Forschungsergebnisse zeigen, dass Mikro- und Nanoroboter großes Potenzial für neuartige Therapien wie beispielsweise die Bekämpfung von Krebszellen ohne Schädigung gesunden Gewebes aufweisen [3]. Dieser Science Digest gibt basierend auf einer Studienübersicht von Sun et al. (2024) einen Einblick in die aktuelle Forschung zu Nanorobotik in der Medizin [4].
Forschung zu Nanorobotik in der Medizin
Abbildung 1: Forschung zu Nanorobotik in der Medizin
Diagnose:Aktuell werden Materialien und Werkzeuge entwickelt, die es Mikro- und Nanorobotern ermöglichen, in schwer zugängliche Bereiche des Gewebes einzudringen, Proben zu entnehmen oder mithilfe von Minikameras Bilder zu erzeugen. Dies würde die Möglichkeiten heutiger Untersuchungsmethoden wie Biopsien und Endoskopien erheblich erweitern [4].
Therapie:**Mikro- und Nanoroboter könnten zukünftig auch Medikamente gezielt an Zellen transportieren [2,4,5]. Solche Therapien wären deutlich effektiver als die Verabreichung von Medikamenten über den Blutkreislauf. Denkbar wären sogar minimalinvasive Eingriffe auf zellulärer Ebene. Forscher entwickeln derzeit mikroskopische chirurgische Werkzeuge, die weiches biologisches Gewebe durchdringen. Diese Werkzeuge könnten beispielsweise für die Entfernung von Gefäßablagerungen eingesetzt werden [4].
Herausforderungen bei Mikro- und Nanorobotern
Die physikalischen Eigenschaften von Materialien im Mikro- und Nanobereich unterscheiden sich erheblich von denen bestehender robotischer Systeme, was ihre Verkleinerung zu einer Herausforderung macht. Derzeit werden neue biologisch abbaubare Materialien getestet. Eine weitere Hürde ist die Bereitstellung der Antriebskraft, die beispielsweise durch Magnetfelder oder chemische Reaktionen erzeugt werden könnte [1]. Auch die Lokalisierung dieser Roboter im Körper bleibt eine Herausforderung. Die neue Methode SMOL (small-scale magneto-oscillatory localization) soll jedoch die Lokalisierung zukünftig ermöglichen [6,7].
Fazit und Ausblick:
Mikro- und Nanoroboter eröffnen neue Möglichkeiten in der Diagnose, medikamentösen Therapie und Chirurgie, die traditionelle Methoden weit übertreffen. In Deutschland konzentrieren sich medizinische Forschungseinrichtungen und Universitäten zunehmend auf die Potenziale der Nanorobotik, insbesondere für die Früherkennung und Behandlung von Krebs [7]. Trotz erheblicher Fortschritte stehen Forscher weiterhin vor großen Herausforderungen, insbesondere bei der Entwicklung geeigneter Biomaterialien und der präzisen Steuerung der Bewegungen von Nanorobotern im menschlichen Körper.
Quellen
- Xie H, Sun M, Fan X, Lin Z, Chen W, Wang L, et al. Reconfigurable magnetic microrobot swarm: multimode transformation, locomotion, and manipulation. Sci Robot. 2019;4(28). DOI:10.1126/scirobotics.aav8006.
- Lee JG, Raj RR, Thome CP, Day NB, Martinez P, Bottenus N, et al. Bubble-Based Microrobots with Rapid Circular Motions for Epithelial Pinning and Drug Delivery. Small. 2023;19(32). DOI:10.1002/smll.202300409.
- Wang Y, Baars I, Berzina I, et al. A DNA robotic switch with regulated autonomous display of cytotoxic ligand nanopatterns. Nat Nanotechnol. 2024. DOI:10.1038/s41565-024-01676-4.
- Sun T, Chen J, Zhang J, Zhao Z, Zhao Y, Sun J, et al. Application of micro/nanorobot in medicine. Front Bioeng Biotechnol. 2024;12:1347312. DOI:10.3389/fbioe.2024.1347312.
- Shinde A, Prasad SB, Srinivasarao DA, Shah S, Famta P, Khairnar P, et al. Nano voyagers: Pioneering a new frontier in cancer treatment with nanorobots as drug transporters. Appl Mater Today. 2024;38:102162. DOI:10.1016/j.apmt.2024.102162.
- Fischer F, Gletter C, Jeong M, Qiu T. Magneto-oscillatory localization for small-scale robots. npj Robotics. 2024. DOI:10.1038/s44182-024-00008-x.
- Haserück A. Mikro- und Nanoroboter: Kabelloses Echtzeittracking im Körper. Dtsch Arztebl. 2024;121(8)/B-459.
Mehr dazu in unserem Global Digital Health Monitor: Nanorobots to the Rescue: Revolutionizing Brain Aneurysm Treatment with Magnetic Precision
