Ist das die Zukunft der Medizin? Wir spinnen verschiedene Szenarien – und fragen Expert:innen: Was ist Science-Fiction, was bald schon Realität?
Hier: Werden Nanoroboter unsere Körper reparieren, Herr Fischer?

Text
Bernd Eberhart

»Forget-Me-Not Inc.« steht in riesigen Lettern an der Fassade. Amit Jones zieht seine Kapuze tiefer ins Gesicht und hastet durch den Regen. »Meint ihr damit mein Konto?«, murmelt Amit und tritt in die Lounge. »Das vergisst euch sicher nicht. Jeden Monat 1.400 Dollar, das vergisst euch nicht.« Vor rund 15 Jahren waren sie überall auf der Welt aus dem Boden geschossen, die Forget-Me-Not-Filialen mit der strahlend weißen Lemniskate im Logo. Aber wie fast alle seiner über 80-jährigen Freunde zahlt Amit nur zu gerne für die »Anti-Plaque«-Behandlung. Wer will sich schon mit einer Demenz abfinden? Der digitale Assistent weist ihm seine Kabine zu und Amit nimmt Platz in einem weißen Sessel. Sein Kopf wird fixiert, dann schwenkt ein Roboterarm mit einer ultradünnen Injektionsnadel auf seinen Hinterkopf zu. Noch immer gruselt ihn der Gedanke, dass gleich Millionen von Nanobots in seine Hirnventrikel geschleust werden. Doch das Sedativum wirkt, der Wind streicht ihm sanft übers Gesicht und lässt die Blätter rauschen in dem virtuellen Wald, der ihn umgibt. Die Nanobots strömen jetzt durch sein Hirn, über ein Magnetfeld mit Energie versorgt und angelockt von den Ablagerungen, die mitverantwortlich sind für neurodegenerative Krankheiten wie Alzheimer. »Senile Plaques…«, denkt sich Amit, irgendwie hat es der Fachbegriff durch den Nebel bis in sein Bewusstsein geschafft. Mit ihren Flagellen werden die Nanobots so lange an den Plaques rütteln, bis diese sich lösen. Sie werden dann weiter abgebaut und ausgeschwemmt, genau wie die mikroskopisch kleinen Roboter. »Forget me not«, denkt Amit Jones mit einem Lächeln. »Ich werde dich niemals vergessen, Honey. Niemals…«

Werden Nanoroboter unsere Körper reparieren, Herr Fischer?
In den 1960er-Jahren lief die Fantastic Voyage im Kino, dieser Film, in dem verkleinerte Wissenschaftler in einem U-Boot durch den menschlichen Körper fahren. Genau solche Bilder haben die Leute im Kopf, wenn sie das Wort Nanoroboter hören. Mit der Wahrheit hat das wenig zu tun. Das Wort suggeriert Dinge, die einfach unmöglich sind. Von daher lese ich dieses Szenario mit gemischten Gefühlen: Es gibt darin einiges, was ansatzweise richtig ist. Aber in unserem Feld müssen wir eben sehr aufpassen, dass wir mit unserer Kommunikation nicht zu sehr auf eine unseriöse Science-Fiction-Schiene geraten.

»Oft werden falsche Erwartungen geweckt. Die Leute denken, wir könnten kleine R2D2s bauen.«

Peer Fischer

Leider gibt es viel zu lesen, was diesen Nano-Hype noch weiter befeuert. Da werden dann Dinge, die es längst in ähnlicher Form gibt, mit neuen Namen versehen oder es werden Objekte als »nano« bezeichnet, die eigentlich viel größer sind. Damit werden falsche Erwartungen geweckt. Die Leute denken dann, wir könnten kleine R2D2s bauen, die sich ihre Umgebung angucken, losmarschieren und ein Eigenleben entwickeln. Dabei stellen wir im Grunde passive Partikel her, die mitgeschwemmt werden oder mit Magnetfeldern irgendwo hingezogen werden können. Von eigenständigen Robotern sind wir damit sehr weit entfernt.

Was sind also die Millionen Nanobots, die in dem Szenario durch die Hirnventrikel strömen? Wenn wir uns wirklich auf dieser Längenskala bewegen, dann sind es kleine Partikel, die maximal Mikrometer messen, von der Größe her irgendwo zwischen einem Coronavirus und einer Bakterienzelle. Man kann diesen über Magnetfelder eine leichte Kraft mitgeben, man kann sie durch Hohlräume und Flüssigkeiten ziehen. Wollten wir aber tatsächlich durch Gewebe bohren, bräuchten wir viel größere Kräfte – und dafür auch viel größere Objekte. Dann wären wir längst nicht mehr auf der Nanoebene, sondern in Bereichen, die heute in der Endoskopie zum Beispiel schon erreicht werden. Das ist Medizintechnik, Ingenieurskunst – aber keine Nanowissenschaft.

Eine andere Welt
Man muss dazu wissen: Diese Längenskala, der Nanobereich, das ist eine andere Welt. Flüssigkeit etwa verhält sich ganz anders. Die Widerstandskräfte, die auf ein schwimmendes Objekt wirken, sind hier viel dominanter. Zum Vergleich: Das wäre ungefähr so, als würde ich versuchen, durch Asphalt zu schwimmen. Die Nanopropeller, die wir in unserer Arbeitsgruppe herstellen, bewegen sich also eher wie Bohrer.

Im Szenario wird die Energieversorgung über ein Magnetfeld erwähnt. Das bedeutet letztendlich ja nur, dass etwas angezogen wird. Oder man kann, etwas pfiffiger, über rotierende Magnetfelder ein Schräubchen oder einen Propeller drehen. Alle Partikel bewegen sich dann in die gleiche Richtung. Was vielen Leuten nicht bewusst ist: dass hierfür große Apparaturen nötig sind – Computersteuerung, Magnetspulen. Oft werden in Animationen für Medienberichte nur die Partikel gezeigt, da entsteht der Eindruck: Die schwimmen einfach so im Körper herum. Man kann das vergleichen mit einem Schlüssel, den jemand auf den Tisch legt und von der Seite mit einem Magneten anzieht. Sieht man nur den Schlüssel, wirkt das spektakulär. Aber sobald man den Magneten bemerkt, ist der Effekt geplatzt.

Wirkstofftransport durchs Auge
Auch die Art der Aufgaben, die Nanopartikel ausführen können, ist sehr beschränkt. In unserer Arbeitsgruppe versuchen wir zum Beispiel, Dinge effektiver und gezielter zu transportieren. Wir haben etwa Versuche an Schweineaugen durchgeführt: Die Nanopropeller haben wir mit einer Antihaftbeschichtung versehen und in das Auge injiziert. Dann konnten wir sie durch den gelartigen Glaskörper hindurch bis zur Netzhaut bewegen. In Zukunft könnten wir so Wirkstoffe viel effektiver an den Zielort transportieren, als es mit anderen Methoden möglich ist.

Ein anderer Ansatz ist sogenanntes »DNA-Origami«, kleine, künstlich erschaffene Strukturen aus DNA. Die können etwas komplexere Aufgaben erfüllen als Nanopartikel. Sie können beispielsweise Strukturen erkennen und dort gezielt Stoffe freisetzen, die sie mit sich führen. Oder sie können auf molekularer Ebene etwas öffnen oder bestimmte Effekte auslösen. Aber der Nachteil ist: Wir können sie nicht aktiv bewegen, sie treiben eher durch den Körper. Dass also Nanobots, so wie in dem Szenario beschrieben, eine Struktur von selbst erkennen, aktiv dorthin schwimmen und eine komplexe Aufgabe erfüllen, das bedarf noch einiger Forschung. Und auch dann wird es ganz anders aussehen als in der Fantastic Voyage.

Peer Fischer ist Professor für Physikalische Chemie an der Universität Stuttgart und Leiter der Forschungsgruppe Mikro-, Nano- und molekulare Systeme am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart.

Text
Bernd Eberhart

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