Mit Schallwellen gegen den Strom schwimmen

Winzige Vehikel, so klein, dass sie durch unsere Blutgef?sse navigieren k?nnen, sollen es ?rzten in Zukunft erlauben, im K?rperinnern Biopsien zu nehmen, Stents einzusetzen oder Medikamente pr?zise an schwer zu erreichende Stellen zu transportieren. Wissenschaftler weltweit erforschen und entwickeln derzeit solche Mikrovehikel. Angetrieben und gelenkt werden sie meist ¨¹ber magnetische oder akustische Felder oder mit Licht. Allerdings war es bisher eine grosse Herausforderung, Mikrovehikel gegen einen Fl¨¹ssigkeitsstrom zu bewegen. Dies ist unter anderem n?tig, damit die Winzlinge in Blutgef?ssen entgegen der Fliessrichtung des Bluts navigieren k?nnen. Forschende der ETH Z¨¹rich haben nun Mikrovehikel entwickelt, welche von einem externen Feld angetrieben werden und gegen den Strom schwimmen k?nnen.

In ihrem Laborexperiment nutzten die Forschenden unter der Leitung von Daniel Ahmed und Bradley Nelson, Professoren am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Z¨¹rich, magnetische Eisenoxid-Polymer-K¨¹gelchen mit einem Durchmesser von 3 Mikrometern. In einem Magnetfeld ballen sich diese zu einem Schwarm mit einem Durchmesser von 15 bis 40 Mikrometern. Die Wissenschaftler untersuchten das Verhalten dieses Mikrok¨¹gelchen-Schwarms in einem d¨¹nnen Glasr?hrchen, durch welches Fl¨¹ssigkeit str?mte. Die verwendeten Glasr?hrchen hatten einen Durchmesser von 150 bis 300 Mikrometern und somit ?hnliche Ausmasse wie die Blutgef?sse in einem Tumor.

Um den K¨¹gelchenschwarm in diesem R?hrchen stromaufw?rts zu bewegen, nutzten die ETH-Forschenden denselben Kniff, den auch Bootsfahrer in einem Fluss nutzen: Letztere rudern in Ufern?he stromaufw?rts. Dort ist die Fliessgeschwindigkeit wegen des Reibungswiderstands des Ufers geringer als in der Flussmitte.

Mithilfe von Ultraschall einer bestimmten Frequenz brachten die Wissenschaftler den Mikrok¨¹gelchen-Schwarm zun?chst in die N?he der R?hrchenwand. Anschliessend konnten die Forschenden den Schwarm mit einem rotierenden Magnetfeld entgegen der Flussrichtung bewegen.

Als n?chstes m?chten die Forschenden das Verhalten der Mikrovehikel in Blutgef?ssen von Tieren untersuchen. ?Weil sowohl Ultraschallwellen als auch Magnetfelder K?rpergewebe durchdringen, ist unsere Methode gut geeignet, um Mikrovehikel auch im K?rperinnern zu lenken?, sagt ETH-Professor Ahmed.

Zu den angestrebten zuk¨¹nftigen Anwendungsfeldern wird die Mikrochirurgie geh?ren ¨C etwa das Entstopfen von verstopften Blutgef?ssen. Ausserdem k?nnten die Mikrovehikel dereinst verwendet werden, um Krebsmedikamente ¨¹ber die Blutgef?sse zu Tumoren zu bringen und um sie dort ins Tumorgewebe einzuschleusen. Ein weiteres Anwendungsfeld ist schliesslich das Einbringen von Medikamenten aus Blutgef?ssen ins Hirngewebe.