Hydrogel-Roboter reinigt Implantate vor Ort
Beseitigung von Biofilmen, die gefährliche Entzündungen verursachen, erspart eine zweite OP
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Hydrogel-Roboter bei der Reinigungsarbeit (Illustration: cuhk.edu.hk) |
Hongkong/Singapur/Stuttgart (pte001/01.04.2025/06:00)
Forscher der Chinesischen Universität Hongkong (CUHK), der Nanyang Technological University und des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme haben einen Roboter auf Basis eines Hydrogels entwickelt, der Transplantationen für Patienten sicherer macht. Er bekämpft den Biofilm, der sich oft auf Implantaten bildet und mit herkömmlichen Medikamenten nicht entfernt werden kann, sodass eine neue OP nötig ist. Der Biofilm wird von Bakterien gebildet, die für Entzündungen sorgen.
Steuerung per Magneten
Die Experten platzieren ihren Roboter im Falle einer Entzündung minimalinvasiv auf der Oberfläche des Implantats. Mithilfe einer Technik namens Röntgenfluoroskopie, die dynamische Vorgänge im Körper sichtbar macht, und der Kamera im Endoskop, das den Roboter an seinen Bestimmungsort gebracht hat, lässt sich dessen Bewegung von außen verfolgen. Bewegt wird er mithilfe von Magneten.
Im ersten Versuch haben die Wissenschaftler winzige Roboter entwickelt, die Biofilme auf glatten Flächen tatsächlich beseitigten. Ecken und Kannten konnten sie dagegen nicht erreichen, weil Manövrierfähigkeit und Flexibilität eingeschränkt waren. Die neuen Roboter sind dagegen anpassungsfähig wie ein Schwamm. Jeder besteht aus einem kleinen Klümpchen vernetzten Polyvinylalkohol-Hydrogels, das mit Neodym-Eisen-Bor-Magnetpartikeln sowie zwei antibakteriellen Wirkstoffen, Levofloxacin und Indolicidin, beladen ist.
Dreifache Attacke auf Biofilme
Der Roboter zerstört die Biofilme auf drei Arten. Zunächst einmal schiebt er einen Großteil einfach weg, während er sich durch das Material drückt. Zusätzlich setzt er seine beiden antibakteriellen Wirkstoffe frei, die die Mikroben abtöten, die die Biofilme produzieren. Schließlich bleiben alle Biofilmreste, die dem ersten Angriff standgehalten haben, am gallertartigen Körper des Roboters haften und werden mit dem Endoskop, das mit einem Elektromagneten ausgestattet ist, aus dem Körper entfernt. "Mäuse mit infizierten Stents, die vom Hydrogel-Roboter bearbeitet wurden, nahmen innerhalb von zwölf Tagen an Gewicht zu, was ein Indiz dafür war, dass die Entzündung abgeklungen war", so CUHK-Forscher Zhang Li.
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