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13 Juli 2020 / Lesezeit: 3 minuten

Ionische Augen und Nanoroboter

Sechs Innovationen für den medizinischen Fortschritt

Die Wunder der modernen Technik haben nicht nur Einfluss auf die Industrie, sondern bieten auch bisher unvorstellbare, neue Möglichkeiten in der Medizin.

Illustrationen: Larissa Hoff

Illustrationen: Larissa Hoff

Smarte Bandagen und E-Haut, die Prothesen das Fühlen beibringen soll: Medizintechnische Innovationen erleichtern Diagnosen, verbessern Heilungschancen und öffnen neue Wege für Therapien. Sechs Beispiele.

Nanoroboter

Bringen Medikamente dorthin, wo sie wirken sollen

Mit einem kleinen propellerartigen Fortsatz bahnen sie sich ihren Weg durch dichtes Körpergewebe: Nanoroboter. Die winzigen Dinger haben einen Durchmesser, der 200-mal kleiner ist als der eines menschlichen Haars. Ihre schraubenartige Struktur, die mikroskopische Größe und eine Antihaft-beschichtung ermöglichen es den Nanopropellern, sich relativ ungehindert zu bewegen, ohne empfindliches Gewebe um sie herum zu beschädigen. Selbst dichtes Gewebe wie der Glaskörper eines Auges ist kein Problem. Gesteuert werden die Roboter von außen durch Magnetspulen, nach denen sich die in den Mini-Propellern enthaltenen Eisenpartikel ausrichten. Die kleinen Helfer sollen eines Tages genutzt werden, um Medikamente zielgenau dorthin zu bringen, wo sie gebraucht werden – auch um größere operative Eingriffe zu vermeiden.

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Ionisches Auge

Ermöglicht Blinden das Sehen

Das Augenlicht zurückgewinnen – mit einer Kamerabrille und einem Retina-Implantat könnte das bei blinden oder stark sehbehinderten Menschen gelingen, zumindest teilweise. Voraussetzung: Nur die Fotorezeptoren der Netzhaut sind defekt und nicht mehr in der Lage, Bilder zu erfassen – der Sehnerv, der die Lichtinformationen vom Auge zum Gehirn überträgt, funktioniert noch. Die spezielle Brille, die die Patient*innen tragen, wandelt optische Signale in elektrische um und überträgt diese dann an einen auf der Netzhaut implantierten Mikrochip. Über den elektrischen Impuls wird der Sehnerv stimuliert. Das Ergebnis: Patient*innen können Gegenstände wieder lokalisieren und größere Buchstaben entziffern. Die Forschung versucht nun, durch bessere Mikrochips die Sehschärfe noch zu verbessern und das Gesichtsfeld zu erweitern.

Kamera-Kapsel

Liefert in 20 Sekunden Bilder aus dem Mageninneren

Magenspiegelungen sind alles andere als angenehm und müssen von geschulten Gastroenterologen durchgeführt werden. Einfacher soll es durch die schluckbare Endoskopiekapsel werden: Sie kann mithilfe eines externen magnetischen Systems durch den Magen geführt werden und sendet Echtzeit-Bilder aus dem Mageninneren auf einen Monitor. Anders als eine herkömmliche Magenspiegelung, bei der ein Kameraschlauch geschluckt werden muss und manchmal sogar eine Narkose erforderlich ist, kann diese einfache Endoskopie auch beim Hausarzt durchgeführt werden. Nachdem die elf Millimeter große Kapsel geschluckt wird, dauert es zirka 20 Sekunden, bis sie im Magen ankommt und erste Bilder liefert – viel sanfter und ohne lange Wartezeit für die Patient*innen. Die Hoffnung: Erkrankungen früher zu erkennen.

Tissue Engineering

Gewinnt Gewebe für Transplantationen

Spenderorgane sind rar und die Gefahr der Abstoßung des fremden Körpermaterials zudem ein Problem. Das sogenannte Tissue Engineering erforscht daher neue Möglichkeiten der Zucht von körpereigenem, transplantierbarem Material. Schon heute werden recht einfache Gewebe wie Knorpel oder Harnröhren hergestellt und implantiert. Bei komplexeren Geweben, etwa einer Leber, ist die Gewebezucht schwieriger. Hier ist der Einsatz der 3D-Drucktechnik denkbar: Der Drucker kann das verzweigte Gerüst aus Blutgefäßen erstellen, das die Organzellen versorgt. Die Zellen können dann entlang des Gerüsts wachsen. Die Vision ist, in Zukunft Gewebe und Gefäße individuell für Patient*innen anzufertigen: Scandaten erstellen zunächst 3D-Modelle der Zellgerüste, Patient*innen spenden dann Zellen, aus denen passgenau für sie Gewebe gezüchtet wird.

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Smarter Verband

Überwacht mit Sensoren die Wundheilung

Für eine bessere Kontrolle der Wundheilung könnte in Zukunft ein smarter Verband sorgen, der mit Sensoren ausgestattet ist. Diese ermitteln konstant Temperatur und pH-Wert, um zu überprüfen, ob alles optimal abläuft: Denn Wunden, die nicht heilen, haben einen höheren pHWert, und eine erhöhte Temperatur an der Wundstelle weist auf eine Entzündung hin. Die Daten werden von einem Mikroprozessor ausgelesen. Er signalisiert dem Verband, wenn Medikamente benötigt werden. Der Verband gibt automatisch die benötigte Dosis, etwa eines Antibiotikums oder eines Schmerzmittels, aus einem integrierten Depot ab. So können Verletzungen optimal abheilen, das Entzündungsrisiko sinkt. Über die Daten, die der Verband in Echtzeit sammelt, lässt sich auch ermitteln, ob ein Arztbesuch nötig ist.

E-Haut

Bringt Prothesen das Fühlen bei

Die menschliche Haut verfügt über eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, die Reize wie Druck und Dehnung schnell verarbeiten und weiterleiten. International wird an der Entwicklung elektronischer Haut geforscht, die dank einer ausgeklügelten Sensorik wie ein künstliches Nervensystem funktionieren soll. In Singapur wurde nun eine E-Haut entwickelt, die 1000-mal schneller reagiert als menschliche Haut. Intelligente E-Haut- Lösungen sind vor allem für den Einsatz in Robotern interessant, denn wenn diese auch über taktile Fähigkeiten verfügen, können sie komplexere Aufgaben bewältigen. Elektronische Haut, die zudem noch in der Lage ist, sich selbst zu reparieren, soll aber auch in der Medizin zum Einsatz kommen: Sie kann Träger*innen von Prothesen das Tasten und somit koordiniertere Bewegungen ermöglichen.

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Dieser Text ist Teil des Schwerpunkts „Heilt den Planeten“ in der aktuellen Ausgabe des enorm Magazins.