Eine Brustkrebszelle (violett) mit mehreren Blutplättchen-Robotern (rot).  
Foto:  Tang et al., Sci. Robot. 5, eaba6137 (2020)

BerlinBlutplättchen können als Mikroroboter eingesetzt werden und etwa Medikamente im Körper transportieren. Forscher haben die Blutzellen dazu mit einem speziellen Harnstoff-Antrieb versehen, der es ihnen ermöglicht, sich aktiv zu bewegen anstatt nur im Blutstrom zu treiben. Die Blutplättchen-Roboter können die Medikamente beispielsweise zu Krebszellen oder schädlichen Bakterien befördern, schreiben die Forscher um Songsong Tang von der University of California San Diego in La Jolla, USA, im Fachmagazin Science Robotics.

Blutplättchen, auch Thrombozyten genannt, spielen eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung, sind aber auch Teil des angeborenen Immunsystems. Sie kommen häufig vor und werden schnell nachgebildet. Sie lassen sich effizient mit Wirkstoffen beladen, können sich aber auch sehr spezifisch an biologische Gefahrstoffe binden. Das macht sie zu einem attraktiven Ziel bei der Suche nach Transportern für Arzneimittel, schreiben die Forscher. Im Vergleich zu anderen Mikro- oder Nanorobotern seien die Blutplättchen vollkommen biokompatibel und müssen nicht durch ein von außen angelegtes Magnet- oder Ultraschallfeld bewegt werden.

Für ihre Versuche versenkten die Forscher um Tang zunächst Blutplättchen halb im Substrat Polylysin. Auf die offene Oberfläche der Plättchen konnten die Forscher durch chemische Reaktionen unterschiedliche Wirkstoffe aufbringen, die sie zu einem Ziel transportieren wollen. Als Antrieb für die Blutplättchen dockten sie einen Biotin-Urease-Komplex an. Urease ist ein Enzym, das als Katalysator die Spaltung von Harnstoff in Ammoniak und Kohlendioxid (CO2) bewirkt. Diese chemische Reaktion sorgt für einen Schub beim Blutplättchen. Und weil die Urease nur eine Hälfte des Plättchens bedeckt, verursachen die chemischen Reaktionen einen Antrieb in eine Richtung.

Ein Plättchen-Roboter (grün) bindet sich an ein Escherichia-coli-Bakterium (rot).
Foto:  Tang et al., Sci. Robot. 5, eaba6137 (2020)

Dies belegten sie in nachfolgenden Versuchen: Im Vergleich zu Plättchen, auf die ringsum Urease aufgebracht worden war, bewegten sich jene mit halbseitigem Ureasebesatz bei 200 Millimol Harnstoff um das 1,6-Fache schneller. Sie zeigten weiter, dass sich die angetriebenen Blutplättchen umso schneller bewegten, je höher die Konzentration von Harnstoff in ihrer Umgebung war. Harnstoff entsteht beim Abbau von Eiweißstoffen und ist normaler Bestandteil von Blut.

Schließlich ließen die Forscher ihre Mikroroboter in Zellversuchen den Antikrebs-Wirkstoff Doxorubicin zu Brustkrebszellen bringen. Nach einer Inkubationszeit von 24 Stunden hatte sich der Anteil an lebenden Zellen in der Krebszellkultur auf rund 40 Prozent reduziert. In Experimenten mit dem Bakterium Escherichia coli konnten die Forscher ebenfalls zeigen, dass die Plättchen-Roboter einen Wirkstoff - in diesem Fall das Antibiotikum Ciprofloxacin - schnell ans Ziel bringen können.

In einem Kommentar zu der Studie bezeichnet Jinjun Shi von der Harvard Medical School im US-amerikanischen Boston die Forschung des Teams um Tang als bahnbrechende Zellrobotertechnologie. Da der Harnstoff im Urin in besonders hoher Konzentration vorkomme, sei die Bekämpfung von bakteriellen Infekten und Krebs in Blase und Harntrakt ein nahe liegendes Anwendungsgebiet, heißt es in dem ebenfalls in Science Robotics veröffentlichten Kommentar.

Das Prinzip könne jedoch auch auf andere Zelltypen und chemische Reaktionen übertragen werden. „Die Arbeit von Tang und seinen Kollegen hat die Tür für die Umwandlung von Zellen in vollständig biokompatible Mikroroboter geöffnet, die zur aktiven Bewegung fähig sind, was die Wirksamkeit der Zelltherapie oder der Arzneimittelabgabe verbessern soll.“ (dpa/fwt)