Beiträge aus der Wissenschaft

Mit Schallwellen gegen den Strom schwimmen

19.02.2021 07:30

Mit Schallwellen gegen den Strom schwimmen

ETH-Forschende gehören zu den ersten Wissenschaftlern, welche Mikrovehikel mithilfe von Ultraschall gezielt gegen einen Flüssigkeitsstrom bewegen können. In Zukunft sollen die winzigen Vehikel in der Blutbahn eingesetzt werden und so die Medizin revolutionieren.

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Plötzlich gesund

Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.

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Winzige Vehikel, so klein, dass sie durch unsere Blutgefässe navigieren können, sollen es Ärzten in Zukunft erlauben, im Körperinnern Biopsien zu nehmen, Stents einzusetzen oder Medikamente präzise an schwer zu erreichende Stellen zu transportieren. Wissenschaftler weltweit erforschen und entwickeln derzeit solche Mikrovehikel. Angetrieben und gelenkt werden sie meist über magnetische oder akustische Felder oder mit Licht. Allerdings war es bisher eine grosse Herausforderung, Mikrovehikel gegen einen Flüssigkeitsstrom zu bewegen. Dies ist unter anderem nötig, damit die Winzlinge in Blutgefässen entgegen der Fliessrichtung des Bluts navigieren können. Forschende der ETH Zürich haben nun Mikrovehikel entwickelt, welche von einem externen Feld angetrieben werden und gegen den Strom schwimmen können.

In ihrem Laborexperiment nutzten die Forschenden unter der Leitung von Daniel Ahmed und Bradley Nelson, Professoren am Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik der ETH Zürich, magnetische Eisenoxid-Polymer-Kügelchen mit einem Durchmesser von 3 Mikrometern. In einem Magnetfeld ballen sich diese zu einem Schwarm mit einem Durchmesser von 15 bis 40 Mikrometern. Die Wissenschaftler untersuchten das Verhalten dieses Mikrokügelchen-Schwarms in einem dünnen Glasröhrchen, durch welches Flüssigkeit strömte. Die verwendeten Glasröhrchen hatten einen Durchmesser von 150 bis 300 Mikrometern und somit ähnliche Ausmasse wie die Blutgefässe in einem Tumor.
Um den Kügelchenschwarm in diesem Röhrchen stromaufwärts zu bewegen, nutzten die ETH-Forschenden denselben Kniff, den auch Bootsfahrer in einem Fluss nutzen: Letztere rudern in Ufernähe stromaufwärts. Dort ist die Fliessgeschwindigkeit wegen des Reibungswiderstands des Ufers geringer als in der Flussmitte.

Mithilfe von Ultraschall einer bestimmten Frequenz brachten die Wissenschaftler den Mikrokügelchen-Schwarm zunächst in die Nähe der Röhrchenwand. Anschliessend konnten die Forschenden den Schwarm mit einem rotierenden Magnetfeld entgegen der Flussrichtung bewegen.

Als nächstes möchten die Forschenden das Verhalten der Mikrovehikel in Blutgefässen von Tieren untersuchen. «Weil sowohl Ultraschallwellen als auch Magnetfelder Körpergewebe durchdringen, ist unsere Methode gut geeignet, um Mikrovehikel auch im Körperinnern zu lenken», sagt ETH-Professor Ahmed.

Zu den angestrebten zukünftigen Anwendungsfeldern wird die Mikrochirurgie gehören – etwa das Entstopfen von verstopften Blutgefässen. Ausserdem könnten die Mikrovehikel dereinst verwendet werden, um Krebsmedikamente über die Blutgefässe zu Tumoren zu bringen und um sie dort ins Tumorgewebe einzuschleusen. Ein weiteres Anwendungsfeld ist schliesslich das Einbringen von Medikamenten aus Blutgefässen ins Hirngewebe.