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Nanoroboter, die Medikamente direkt in die Augen liefern

INGENIEURWISSENSCHAFTENNanoroboter, die Medikamente direkt in die Augen liefern

Erstmals wurden Nanoroboter entwickelt, die Medikamente direkt in die Augen bringen können, ohne Schaden zu nehmen.

Nanoroboter Technologie ist eine neue Technik, die im Mittelpunkt des Interesses von Wissenschaftlern zur Behandlung von multiplen Krankheiten. Nanoroboter (auch Nanobots genannt) sind winzige Geräte, die aus nanoskaligen Komponenten bestehen und eine Größe von 0.1 bis 10 Mikrometer haben. Nanoroboter haben das Potenzial, Medikamente sehr gezielt und präzise in den menschlichen Körper einzubringen. Nanoroboter sind so konzipiert oder konstruiert, dass sie nur von erkrankten Zellen „angezogen“ werden und somit eine gezielte oder direkte Behandlung in diesen Zellen durchführen können, ohne gesunde Zellen zu schädigen. Im Allgemeinen ist eine solche gezielte Medikamentenabgabe bei den meisten Erkrankungen nicht unbedingt erforderlich, bei komplizierten Erkrankungen wie Diabetes oder Krebs kann sie jedoch sehr hilfreich sein.

Netzhauterkrankungen des Auges

Die Behandlung von Augenkrankheiten zielt generell darauf ab, Entzündungen im Auge zu reduzieren, traumatische Verletzungen zu reparieren und das Sehvermögen zu schützen oder zu verbessern. Eine gesunde Netzhaut – die dünne Gewebeschicht im Augenhintergrund – ist entscheidend für gutes Sehen. Unsere Netzhaut besteht aus Millionen von lichtempfindlichen Zellen (Stäbchen und Zapfen genannt) und Nervenfasern/-zellen, die es ermöglichen, dass Licht, das in das Auge eindringt, in elektrische Impulse umgewandelt wird, um das Gehirn zu erreichen. Auf diese Weise werden visuelle Informationen von unserem Auge aufgenommen und verarbeitet und über den Sehnerv an das Gehirn gesendet. Der gesamte Prozess ermöglicht das Sehen und steuert, wie wir Bilder sehen. Netzhauterkrankungen des Auges betreffen jeden Teil der Netzhaut. Für einige Netzhauterkrankungen stehen nur wenige Behandlungsformen zur Verfügung, die jedoch recht komplex sind. Ziel jeder Behandlung ist es, die Augenerkrankung vollständig zu stoppen oder zu verlangsamen und das Sehvermögen zu schützen (zu erhalten, zu verbessern oder wiederherzustellen). Es ist wichtig, Netzhautprobleme frühzeitig zu erkennen, da die Schäden irreversibel sind. Unbehandelt können einige Netzhauterkrankungen zu Sehverlust führen oder Blindheit.

Es ist äußerst schwierig, Erkrankungen der Netzhaut zu behandeln, da es sehr schwierig ist, gezielt Medikamente durch das dichte biologische Gewebe im Auge zu verabreichen. Obwohl das Augengewebe hauptsächlich aus Wasser besteht, besteht es aus einem viskosen Augapfel und einem dichten Netzwerk von Molekülen (Hyaluron und Kollagen), die von Partikeln nicht leicht durchdrungen werden können, da diese beide sehr starke Barrieren sind. Für eine gezielte Wirkstoffabgabe an das Auge ist ein hohes Maß an Präzision erforderlich. Dies ist der Grund dafür, dass herkömmliche Verfahren, die verwendet wurden, um Arzneimittel an die Augen zu verabreichen, hauptsächlich auf der zufälligen und passiven Diffusion von Molekülen beruhten, und diese Verfahren sind nicht für die Verabreichung von Arzneimitteln an die Rückseite des Auges geeignet.

Nanoroboter zur Behandlung von Netzhauterkrankungen

Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart haben zusammen mit einem Team Nanoroboter („Fahrzeuge“) entwickelt, die erstmals das dichte Augengewebe durchdringen können. Diese Nanoroboter wurden mit einer vakuumbasierten Technik hergestellt, bei der auf einem Wafer Nanopartikel auf Siliciumdioxidbasis strukturiert wurden, die dann in einem bestimmten Winkel in einer Vakuumkammer platziert wurden, während Siliciumdioxidmaterial wie Eisen oder Nickel abgeschieden wurde. Die Abschattung durch einen flachen Winkel sorgt dafür, dass sich das Material nur auf Nanopartikeln ablagert, die dann eine spiralförmige Propellerstruktur annehmen. Diese Nanoroboter sind etwa 500 nm breit und 2 µm lang, magnetisch und haben die Form von Mikropropellern. Diese Größe ist etwa 200-mal kleiner als der Durchmesser einer einzelnen menschlichen Haarsträhne. Die Nanoroboter werden dann außen mit einer antihaftbeschichteten Bio-Flüssigkeitsschicht beschichtet, um ein Anhaften zwischen dem Nanoroboter und dem biologischen Proteinnetzwerk im Augengewebe zu verhindern, wenn Nanoroboter darin navigieren. Die optimale Größe von Nanorobotern sorgt dafür, dass sie durch die Maschen des biologischen Polymernetzwerks gleiten, ohne das empfindliche Augengewebe zu beschädigen. Diese erstaunlichen Nanoroboter können mit Medikamenten oder Medikamenten beladen werden und können cm für cm navigiert und mithilfe von Magnetfeldern in Echtzeit auf einen bestimmten Bereich im Auge ausgerichtet werden.

Wissenschaftler injizierten Tausende von Nanorobotern mit einer Nadel in ein Schweineauge und legten ein Magnetfeld an, um die Nanoroboter in einer Gesamtdauer von 30 Minuten ab der Injektion in Richtung der Netzhaut des Auges zu bewegen. Sie überwachten ständig den Weg des Nanoroboters mit einem bildgebenden Verfahren, das häufig bei der Diagnose von Augenkrankheiten eingesetzt wird. Diese Technik ist einzigartig und minimalinvasiv. Allerdings wurde es bisher nur in Modellsystemen oder Fluiden gezeigt. Die Wissenschaftler hoffen, dass diese Technik in naher Zukunft verwendet wird, um Nanoroboter mit geeigneten Therapeutika zu beladen und andere weiche dichte Gewebe an unerreichbaren Stellen des menschlichen Körpers zu erreichen. Das Gebiet der Nanomedizin – der Einsatz von Nanorobotern für die Therapie – hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erregt und viele verschiedene Arten von Nanorobotern werden entwickelt, einige mit 3D-Fertigungsverfahren. Interessanterweise können in wenigen Stunden fast eine Milliarde Nanoroboter entwickelt werden, indem Siliziumdioxid und andere Materialien wie Eisen unter Hochvakuumbedingungen auf einen Siliziumwafer aufgedampft werden.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Zhiguang W et al. 2018. Ein Schwarm schlüpfriger Mikropropeller dringt in den Glaskörper des Auges ein. Wissenschaft Fortschritte. 4(11). https://doi.org/10.1126/sciadv.aat4388

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