Einführung
Der Einsatz von Minirobotern in der Medizin ist ein Bereich wachsenden Interesses und innovativer Entwicklungen. Von der gezielten Medikamentenverabreichung bis hin zur Durchführung heikler chirurgischer Eingriffe ist die Liste der Möglichkeiten umfangreich. Ein Arsenal an Robotern im Größenbereich von Nanometern bis Zentimetern wurde bereits für eine Vielzahl medizinischer Aufgaben entwickelt und getestet.
Herausforderungen durch Miniroboter in der Medizin
Trotz Fortschritten stoßen die heute verfügbaren Miniroboter auf erhebliche Einschränkungen. Bei endoskopischen mikrochirurgischen Eingriffen beispielsweise sind die benötigten Instrumente oft zu schwer, als dass ein einzelner, millimetergroßer Roboter sie an ihr gewünschtes Ziel transportieren könnte. Zudem wird die Fortbewegung dieser Roboter durch Schleim auf den inneren Körperoberflächen behindert, der den Halt verringert und zum Abrutschen führt.
TrainBot-Innovation
Um diese Herausforderungen zu meistern, entwickelte ein Team um Tian Qiu am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Dresden eine innovative Lösung: die TrainBot, ein Konvoi aus mehreren millimetergroßen Minirobotern. Ausgestattet mit verbesserten, rutschfesten, spikeartigen Füßen arbeiten diese Roboter zusammen, um endoskopische Instrumente zu transportieren.
TrainBot arbeitet drahtlos und wird durch ein rotierendes Magnetfeld gesteuert, das die einzelnen Einheiten gleichzeitig koordiniert. Dieser Ansatz ermöglicht präzise Bewegungen in einer Ebene und steuert sowohl Richtung als auch Rotation – unerlässlich für das Manövrieren in engen Räumen im menschlichen Körper. Das externe Betätigungs- und Steuerungssystem ist auf Entfernungen ausgelegt, die der Größe des menschlichen Körpers entsprechen.
Anwendung in der Gallengang-Mikrochirurgie
Forscher des DKFZ in Dresden simulierten mit ihrem dreiteiligen TrainBot-Konvoi bereits einen chirurgischen Eingriff. Bei Gallengangskrebs kommt es häufig zu einem Verschluss des Gallengangs, der einen gefährlichen Gallenstau verursacht. Nach einer endoskopischen Diagnose muss der Verschluss geöffnet werden. Dabei muss in einem spitzen Winkel durch den Dünndarm zum Gallengang vorgedrungen werden – eine besondere Herausforderung für flexible Endoskope.
„Hier kann der flexible Roboterzug seine Stärken ausspielen“, sagt Projektleiter Tian Qiu. Sein Team demonstrierte dies anhand von Organentnahmen bei einem Schwein. Der Roboterzug manövrierte ein endoskopisches Instrument, das mit einer Drahtelektrode zur elektrischen Ablation von Gewebe im Gallengang ausgestattet war. Sobald die Elektrodenspitze die Stelle erreicht, wird eine elektrische Spannung angelegt und die Gewebeverlegung durch einen sogenannten Elektrokauterisationsprozess schrittweise entfernt. Die verwendete Drahtelektrode war 25 Zentimeter lang und dreieinhalb Mal schwerer als ein TrainBot-Gerät.
Zukunftsperspektiven
„Nach den vielversprechenden Ergebnissen mit TrainBots im Organmodell sind wir optimistisch, Mini-Roboterteams für weitere Aufgaben in der endoskopischen Chirurgie entwickeln zu können“, sagt Moonkwang Jeong, Erstautor der Studie. Die Möglichkeit, Mini-Roboterzüge einzusetzen, eröffnet neue Möglichkeiten in der minimalinvasiven Medizin. Neben der Beseitigung von Verstopfungen können diese Roboter auch so programmiert werden, dass sie Katheter zur Flüssigkeitsableitung einführen oder Medikamente direkt an die betroffene Stelle verabreichen.
Dieser Fortschritt stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung der nächsten Generation medizinischer Verfahren dar, bei denen Technologie und Innovation zusammenwirken, um die Behandlungsergebnisse der Patienten zu verbessern und die Grenzen des Möglichen in der modernen Medizin zu erweitern. Die Zusammenarbeit zwischen Robotereinheiten erweitert die individuellen Fähigkeiten und bietet effiziente Lösungen für Herausforderungen, die bisher als unüberwindbar galten.
