Ein Forscherteam der Universität Basel hat einen innovativen Nanoroboter mit einem modularen Design entwickelt, das an eine verkleinerte Mondrakete erinnert. Dieser Nanoroboter besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem Antriebsmodul und einer Nutzlastkapsel. Die beiden Module können sich autonom miteinander verbinden und sind darauf ausgelegt, in verschiedenen Bereichen wie der Medizin und der Industrie eingesetzt zu werden.
Nanoroboter sind winzige Maschinen, die in der Lage sind, präzise Aufgaben zu erfüllen. Sie werden zunehmend in verschiedenen Forschungsbereichen untersucht, insbesondere in der Medizin, wo sie dazu beitragen könnten, Medikamente direkt an die gewünschten Stellen im Körper zu transportieren. Anders als herkömmliche Roboter, die oft aus Elektronik und Software bestehen, werden Nanoroboter aus Biomolekülen und Nanopartikeln hergestellt. Professor Dr. Cornelia Palivan, die das Projekt leitet, betont, dass die meisten bisherigen Entwicklungen von Nanorobotern für spezifische Anwendungen gedacht sind. Ihr Team hingegen hat ein modulares System erschaffen, das sich flexibel auf unterschiedlichste Einsatzgebiete anpassen lässt.
Der neuartige Nanoroboter wird in einer Fachpublikation namens „Advanced Functional Materials“ vorgestellt. Die Struktur des Roboters ähnelt der einer Mondrakete mit verschiedenen Modulen: Ein magnetisches Antriebsmodul sorgt für die Bewegung, während das zweite Modul als Nutzlastkapsel fungiert und in der Lage ist, Wirkstoffe oder Enzyme sicher zum Zielort zu transportieren. Die Forschungsgruppe hat zuvor bereits mikroskopisch kleine Polymervesikel entwickelt, die als Nanocontainer fungieren und Enzyme schützen können. Diese Polymervesikel haben Poren, durch die Moleküle eindringen und von den Enzymen verarbeitet werden können. Die Nutzlastkapsel des neuen Nanoroboters enthält vier solcher Vesikel, die ihm eine spezifische Funktionalität verleihen. Je nach Design können die Vesikel gezielt geöffnet werden, um Wirkstoffe abzugeben.
Eine weitere interessante Innovation ist der DNA-basierte „Klettverschluss“, der die beiden Module miteinander verbindet. Zueinander passende DNA-Stränge sorgen dafür, dass sich Antriebsmodul und Nutzlastkapsel selbstständig und stabil verbinden. Um eine gezielte Docking-Fähigkeit an bestimmten Zellen oder Materialien zu ermöglichen, ist die Nutzlastkapsel zusätzlich mit anderen Biomolekülen ausgestattet, die als Andockhilfen dienen. Dies wurde in Laborexperimenten mit einer menschlichen Krebszelllinie, den HeLa-Zellen, getestet. Die Forscher konnten beobachten, dass die Nanoroboter sich auf der Oberfläche der Zellen ansammelten, nachdem sie mit fluoreszierenden Molekülen markiert worden waren.
Ein besonders vielversprechendes Anwendungsgebiet für diesen Nanoroboter ist die gezielte Bekämpfung von Krebszellen. Mit den entsprechenden Enzymen ausgestattet, waren die Nanoroboter in der Lage, einen Wirkstoff gegen Krebs zu produzieren, wodurch die Lebensfähigkeit der HeLa-Zellen innerhalb von 72 Stunden auf nur 16 Prozent gesenkt wurde. Dr. Voichita Mihali, die Erstautorin der Studie, erklärt, dass die Produkte der enzymatischen Reaktionen lokal konzentriert wirken, wenn sie mithilfe des Nanoroboters direkt an den Krebszellen angereichert werden.
Ein weiterer Vorteil des modularen Designs ist die Möglichkeit, die einzelnen Module nach dem Einsatz wieder zu trennen. Das magnetische Antriebsmodul ermöglicht es, die Nanoroboter nach ihrem Einsatz zurückzuholen und deren Nutzlastkapseln wieder aufzufüllen, bevor sie erneut verwendet werden. Dies macht das System besonders vielseitig und umweltfreundlich, da es den Bedarf an neuen Materialien reduziert.
Obwohl der Einsatz am Menschen noch langfristig angestrebt wird, bietet das modulare System vielversprechende Perspektiven für eine Vielzahl von Anwendungen in der Medizin und darüber hinaus. Das Forschungsteam, das an diesem Projekt arbeitet, kooperiert mit Wissenschaftlern der Universität Heidelberg und verfolgt das Ziel, das System durch einfache Anpassungen der Nutzlastkapsel für verschiedene Anwendungen in der Industrie und Umwelttechnik zu nutzen. Diese Entwicklung stellt einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Nanotechnologie dar und könnte in Zukunft eine entscheidende Rolle in der Behandlung von Krankheiten sowie in industriellen Anwendungen spielen.
