Ein Team am Multi-Scale Robotics Lab der ETH Zurich entwickelte einen biohybriden Mikroroboter, den NPCbot, und beschrieb die Arbeit in Nature Materials. Der NPCbot verbindet lebende neuronale Vorläuferzellen (NPCs) aus iPS-Zellen mit speziell konstruierten magnetoelektrischen Nanopartikeln. Die Partikel haben eine magnetisch reagierende Innenschicht und eine Außenschicht, die magnetische Signale direkt in elektrische Impulse umwandelt. So lassen sich Stammzellen gezielt und ohne implantierte Elektroden stimulieren.
Die Produktion erfolgt auf kleinem Raum in Lab-on-a-chip-Systemen; nach etwa 30 Minuten sind die Mikroroboter bereit. Für Forschungsvorhaben benötigt das Team hunderttausende bis mehrere Millionen NPCbots. Die Roboter sind nur wenige Mikrometer groß und lösen sich im Gewebe auf, nachdem sich die Vorläuferzellen differenziert haben. Die Partikel tragen eine Bariumtitanat-Beschichtung, die Stabilität und geringe Reaktivität verspricht, doch langfristiger Abbau und Ausscheidung müssen noch untersucht werden.
In Tierstudien wurden die NPCbots in Läsionen injiziert und elektromagnetische Felder angelegt. Bei Zebrafischlarven zeigten sich bereits nach drei Tagen fast normales Schwimmverhalten; bei Mäusen mit vollständig durchtrenntem Rückenmark verbesserten sich nach 28 Tagen Nervenverbindungen, Gang, Schrittlänge, Koordination und Erkundungsverhalten deutlich. Vor Humanstudien sind noch Tests nötig, etwa welche Magnetfelder beim Menschen am besten wirken und wie lange die Stimulation optimal dauern sollte. Die skalierbare Lab-on-a-chip-Produktion könnte sich außerdem für Kardiologie, Onkologie, Wundheilung und andere gezielte Regenerationstherapien anpassen lassen.
Schwierige Wörter
- biohybrid — aus lebenden Zellen und Technik kombiniertbiohybriden
- mikroroboter — sehr kleine mechanische oder elektronische Geräte
- vorläuferzelle — Zelle, aus der spezialisierte Zellen entstehenVorläuferzellen
- magnetoelektrisch — Magnetische Signale in elektrische Impulse umwandelndmagnetoelektrischen
- nanopartikel — sehr kleine Teilchen im NanometerbereichNanopartikeln
- lab-on-a-chip-system — kleines integriertes Labor auf einem ChipLab-on-a-chip-Systemen
- differenzieren — sich zu einer spezialisierten Form entwickelndifferenziert
- bariumtitanat-beschichtung — Schutzschicht aus Bariumtitanat auf Material
- ausscheidung — Entfernung oder Abgabe von Stoffen aus Körper
- skalierbar — so gestaltbar, dass es auf größere Mengen passtskalierbare
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Diskussionsfragen
- Welche möglichen Vorteile und Risiken sehen Sie bei dem Einsatz von biohybriden Mikrorobotern in der Medizin? Nennen Sie Beispiele aus dem Text.
- Welche weiteren Tests wären Ihrer Meinung nach wichtig, bevor solche Roboter beim Menschen eingesetzt werden?
- Wie könnte eine skalierbare Lab-on-a-chip-Produktion die Behandlung in Bereichen wie Kardiologie oder Wundheilung verändern?
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