CED: Experimentelle Behandlung mit Mikroroboter-Kapseln im Mausmodell erfolgreich

Ingenieure haben an der University of California in San Diego (USA) eine Kapsel entwickelt, die Mikroroboter in das Kolon freisetzt, um Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED) zu behandeln.

Die experimentelle orale Behandlung habe sich bei Mäusen als erfolgreich erwiesen, berichten die Wissenschaftler: Die CED-Symptome seien deutlich reduziert und die Heilung des geschädigten Dickdarmgewebes gefördert worden. Dabei habe es keine toxischen Nebenwirkungen gegeben. Die Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift „Science Robotics“ publiziert.

Das Team unter der Leitung von Liangfang Zhang und Joseph Wang, beide Professoren in der Abteilung für Chemie- und Nanotechnik der Aiiso Yufeng Li Family an der UC San Diego, entwickelte Mikroroboter aus entzündungshemmenden Nanopartikeln, die chemisch an Grünalgenzellen gebunden sind. Die Nanopartikel absorbieren und neutralisieren entzündungsfördernde Zytokine im Darm. Gleichzeitig nutzen die Grünalgen ihre natürlichen Schwimmfähigkeiten, um die Nanopartikel effizient im Kolon zu verteilen und so die Eliminierung proinflammatorischer Zytokine zu beschleunigen und entzündetes Gewebe zu heilen.

Was diese Nanopartikel so effektiv macht, ist laut den Forschenden ihr biomimetisches Design. Sie bestehen aus biologisch abbaubaren Polymernanopartikeln, die mit Makrophagenzellmembranen beschichtet sind, wodurch sie als Makrophagenköder fungieren können. Diese Köder binden auf natürliche Weise entzündungsfördernde Zytokine ohne die Produktion weiterer anzuregen und unterbrechen so den Entzündungszyklus.

„Das Schöne an diesem Ansatz ist, dass er medikamentenfrei ist – wir nutzen einfach die natürliche Zellmembran, um entzündungsfördernde Zytokine zu absorbieren und zu neutralisieren“, erläutert Zhang.

Die Forscher haben sichergestellt, dass ihre biohybriden Mikroroboter strenge Sicherheitsstandards erfüllen. Die Nanopartikel bestehen aus biokompatiblen Materialien, und die in dieser Studie verwendeten Grünalgenzellen werden von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als sicher für den Verzehr anerkannt.

Die Mikroroboter sind in einer Flüssigkeitskapsel mit einer pH-reaktiven Beschichtung verpackt. Diese Beschichtung bleibt in der sauren Umgebung der Magensäure intakt, löst sich jedoch auf, wenn der neutrale pH-Wert des Kolons erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Mikroroboter gezielt dort freigesetzt werden, wo sie am dringendsten benötigt werden. „Wir können die Mikroroboter an die erkrankte Stelle leiten, ohne andere Organe zu beeinträchtigen“, sagte Wang. „Auf diese Weise können wir die Toxizität minimieren.“ Die Kapsel hält die funktionalisierten Algen bis zu ihrer Freisetzung in der flüssigen Phase.

Die Kapsel wurde an CED erkrankten Mäusen verabreicht. Die Behandlung reduzierte Blut im Kot, verbesserte die Kotkonsistenz, kehrte den durch CED verursachten Gewichtsverlust um und reduzierte die Entzündung im Kolon – und das alles ohne erkennbare Nebenwirkungen, wie die Studienautoren betonen.