Winzige Operationsroboter könnten die Erkennung und Behandlung von Krebserkrankungen verändern

Forscher der University of Leeds haben einen winzigen Roboter entwickelt, der tief in die Lunge vordringen kann, um dort die ersten Anzeichen von Krebs zu erkennen und zu behandeln.

Der Roboter in Form eines ultraweichen Tentakels, das nur zwei Millimeter im Durchmesser misst und von Magneten gesteuert wird, kann einige der kleinsten Bronchien erreichen und könnte die Behandlung von Lungenkrebs revolutionieren. Laut seinen Entwicklern am STORM-Labor in Leeds (Großbritannien) eröffnet das neue Verfahren den Weg für einen genaueren, mehr maßgeschneiderten und weitaus weniger invasiven Behandlungsansatz bei Lungenkrebs. Das Gerät wurde von Ingenieuren, Wissenschaftlern und Ärzten entwickelt. „STORM“ steht für „Science and Technologies Of Robotics in Medicine“.

Die Forschenden testeten den magnetischen Tentakelroboter an der Lunge eines Verstorbenen und stellten fest, dass er 37 Prozent tiefer als die Standard-Devices in das Organ vordringen kann und zu weniger Gewebeschäden führt. Die Ergebnisse der vom Europäischen Forschungsrat geförderten Studie werden kürzlich in der Zeitschrift „Nature Engineering Communications“ veröffentlicht.  „Das ist eine wirklich aufregende Entwicklung“, kommentiert Prof. Pietro Valdastri, Direktor des STORM Lab und Leiter der Studie, die Ergebnisse. „Dieser neue Ansatz hat den Vorteil, dass er spezifisch auf die Anatomie zugeschnitten ist, weicher ist als die Anatomie und die Form vollständig über Magnete kontrollierbar ist. Diese drei Hauptmerkmale können die Navigation im Körper revolutionieren.“

Der magnetische Tentakelroboter könnte nicht nur die Navigation in der Lunge bei Biopsien verbessern, sondern auch den Weg für eine weitaus weniger invasive Behandlung ebnen, die es Ärzten ermöglicht, nur erkrankte Zellen anzugreifen, während die Funktion gesunden Gewebes und von gesunden Organen erhalten bleibt.

Dr. Giovanni Pittiglio, Co-Autor der Studie, fügt hinzu: „Unser Ziel war und ist es, Patienten kurative Hilfe zu leisten, und dies bei minimalen Schmerzen. Die magnetische Fernsteuerung ermöglichte uns dies mithilfe ultraweicher Tentakel, die tiefer eindringen können, sich gleichzeitig an die Anatomie anpassen und Traumata reduzieren.“

Das Team will nun alle Daten sammeln, die es braucht, um Versuche am lebenden Menschen zu starten

Wie magnetische Tentakelroboter miteinander arbeiten können

Die Wissenschaftler im STORM-Labor haben außerdem Möglichkeiten zur Steuerung zweier unabhängiger magnetischer Roboter untersucht, sodass diese in einem begrenzten Bereich der menschlichen Anatomie zusammenarbeiten können. Dabei bewegt einer von ihnen eine Kamera, währen der andere einen Laser zur Entfernung von Tumoren steuern kann. Die Geräte bestehen aus Silikon, sodass Gewebeschäden minimiert werden, und werden durch Magnete gesteuert. Diese befinden sich an Roboterarmen außerhalb des Körpers des Patienten.

Anhand einer Nachbildung eines Schädels erprobte das Team erfolgreich den Einsatz zweier Roboter zur Durchführung endonasaler Gehirnoperationen. Diese Technik ermöglicht es Chirurgen, durch die Nase zu operieren, um an Bereiche an der Vorderseite des Gehirns und an der Oberseite der Wirbelsäule zu gelangen. Die Forschenden mussten in der Lage sein, die Magnetroboter unabhängig voneinander zu bewegen, sodass einer die Kamera bedienen konnte, während der andere einen Laser auf einen Tumor richtete.

Normalerweise würden sich zwei nahe beieinander platzierte Magnete gegenseitig anziehen, was für die Forscher eine Herausforderung darstellte. Die Lösung: Die Wissenschaftler konstruierten die Tentakel so, dass sie sich nur in bestimmte Richtungen verbiegen können, und indem sie den Nord- und Südpol in jedem magnetischen Robotertentakel neu anordneten. Anschließend konnten die Forschenden die Entfernung eines gutartigen Tumors an der Hypophyse an der Schädelbasis simulieren und damit erstmals darlegen, dass es möglich ist, zwei der Roboter in einem begrenzten Bereich des Körpers zu steuern.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass diagnostische Verfahren mit einer Kamera sowie vollständige chirurgische Eingriffe in kleinen anatomischen Räumen durchgeführt werden können“, verdeutlicht Hauptautorin Zaneta Koszowska von der School of Electronic and Electrical Engineering der University of Leeds.