Weiße Blutkörperchen mit Licht in medizinische Mikroroboter verwandeln

Medizinische Mikroroboter könnten Ärzten helfen, Krankheiten besser zu behandeln und vorzubeugen. Die meisten dieser Geräte werden jedoch aus synthetischen Materialien hergestellt, die in vivo Immunreaktionen auslösen. Jetzt melden sich erstmals Forscher ACS Central Science haben Laser verwendet, um Neutrophile – eine Art weißer Blutkörperchen – als natürliche, biokompatible Mikroroboter in lebenden Fischen präzise zu steuern. Die „Neutrobots“ führten mehrere Aufgaben aus und zeigten, dass sie eines Tages Medikamente an präzise Stellen im Körper liefern könnten.

Mikroroboter, die derzeit für medizinische Anwendungen entwickelt werden, würden Injektionen oder den Verzehr von Kapseln erfordern, um sie in ein Tier oder einen Menschen zu bringen. Forscher haben jedoch herausgefunden, dass diese mikroskopisch kleinen Objekte bei kleinen Tieren häufig Immunreaktionen auslösen, was dazu führt, dass Mikroroboter aus dem Körper entfernt werden, bevor sie ihre Arbeit verrichten können. Die Verwendung von Zellen, die bereits im Körper vorhanden sind, wie z. B. Neutrophile, könnte eine weniger invasive Alternative für die Arzneimittelabgabe sein, die das Immunsystem nicht auslöst. Diese weißen Blutkörperchen nehmen bereits auf natürliche Weise Nanopartikel und tote rote Blutkörperchen auf und können durch Blutgefäße in benachbarte Gewebe wandern, sodass sie gute Kandidaten für Mikroroboter sind.

Zuvor haben Forscher Neutrophile mit Lasern in Laborschalen geführt und sie als „Neutrobots“ herumbewegt. Es fehlten jedoch Informationen darüber, ob dieser Ansatz bei lebenden Tieren funktioniert. Also wollten Xianchuang Zheng, Baojun Li und Kollegen die Machbarkeit von lichtgetriebenen Neutrobots in Tieren anhand von lebenden Zebrafischen demonstrieren.

Die Forscher manipulierten und manövrierten Neutrophile in Zebrafischschwänzen, indem sie fokussierte Laserstrahlen als ferngesteuerte optische Pinzette verwendeten. Der lichtgetriebene Mikroroboter konnte bis zu einer Geschwindigkeit von 1,3 µm/s bewegt werden, was dreimal schneller ist als sich ein Neutrophil natürlich bewegt. In ihren Experimenten nutzten die Forscher die optische Pinzette, um die Funktionen, die Neutrophile als Teil des Immunsystems ausführen, präzise und aktiv zu steuern. Beispielsweise wurde ein Neutrobot durch eine Blutgefäßwand in das umgebende Gewebe bewegt. Ein anderer nahm und transportierte ein Kunststoff-Nanopartikel, was sein Potenzial für den Transport von Medikamenten zeigte. Und als ein Neutroboter auf Trümmer roter Blutkörperchen gestoßen wurde, verschlang er die Teile. Überraschenderweise versuchte gleichzeitig ein anderes Neutrophil, das nicht von einem Laser kontrolliert wurde, die Zelltrümmer auf natürliche Weise zu entfernen.

Da sie Neutroboter erfolgreich in vivo kontrollierten, sagen die Forscher, dass diese Studie die Möglichkeiten für eine gezielte Arzneimittelabgabe und eine präzise Behandlung von Krankheiten vorantreibt.