Medizintechnik Nano-Roboter
Ein Nano-Roboter beim Einsatz im Nervensystem | Foto: Thinkstock/ktsimage
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14. Okt 2015

Birk Grüling

Karriere-News

Trends in der Medizintechnik: Nah an Science-Fiction

Mit Robotern und Algorithmen gegen Krankheiten

Forscher verstehen unser Gehirn immer besser

Moderne Prothesen sind mehr als nur einfache Ersatzteile. Mini-Prozessoren steuern künstliche Kniegelenke und ermöglichen so dynamische Bewegungen. Sie erkennen zum Beispiel, wann Beine und Füße einknicken müssen, oder passen sich unebenem Untergrund an. Auch die Steuerung von Armprothesen mit Hilfe von Gedanken ist keineswegs Science-Fiction.

Forscher verstehen immer besser, wie Bewegungsbefehle vom Gehirn an die Muskeln weitergegeben werden. Eine andere Zukunftsvision ist noch ferner – die fühlende Prothese. Immerhin: 2014 vermeldeten drei Forschungsgruppen erste Erfolge auf diesem Gebiet. Mit Elektroden wurden die Prothesen mit dem Nervensystem verbunden. Sensoren an den künstlichen Fingerspitzen und Handflächen gaben die Tasteindrücke an das Gehirnweiter.

Mit Erfolg: Die Patienten konnten zum Beispiel Watte von Sandpapier unterscheiden. Außerdem gelang es ihnen, Weintrauben ohne Zerquetschen zu pflücken.

Exoskelette helfen aus dem Rollstuhl

Exoskelette könnten in Zukunft gelähmten Menschen das Leben erleichtern. Dafür nutzen Entwickler zum Beispiel die Rückkopplungsschleife zwischen Muskeln und Gehirn. Die Muskeln liefern dem Nervensystem ständig Informationen über Haltung, Bewegung und Lage des Körpers. Diese Signale verarbeitet unser Hirn wiederum zu Bewegungsbefehlen an die Muskeln.

Über diesen Austausch könnten Patienten auch ein Exoskelett steuern. Dazu werden Gehirn-Aktivitäten und restliche Muskelimpulse in den gelähmten Körperteilen aufgezeichnet. Zusätzlich liefern Sensoren am Exoskelett Informationen über die Körperhaltung. Aus den Daten lassen sich Bewegungsabsichten ableiten – samt Richtung und Stärke.

Der Patient denkt beispielsweise an den Griff zum Wasserglas, die Maschine registriert das Vorhaben und das Exoskelett übernimmt die Arbeit. Im Labor funktionieren entsprechende Ansätze. Der Sprung in die Praxis wird aber noch ein paar Jahre dauern. Eine Voraussetzung dafür: Der Patient nimmt das mitdenkende Exoskelett kaum wahr und seine Bedienung ist intuitiv – so als wären Mensch und Maschine eins.

Algorithmen gegen den Krebs

Supercomputer und ihre Algorithmen sollen in Zukunft bei der Krebsbehandlung helfen. Ein schwieriges Gebiet: Jeder Tumor ist anders, eine passgenaue Therapie zu finden schwer. Dank Genanalysen und wachsendem Wissen können die Mediziner aber inzwischen die verschiedenen Tumorarten und ihre Eigenschaften immer besser auseinanderhalten und individuellere Therapien entwickeln.

Einziger Haken: Die Datenmengen sind für Mediziner kaum noch händelbar. Deshalb sollen Algorithmen bei der Diagnose und Behandlung unterstützen. Sie durchsuchen Millionen von Krankenakten und Forschungsberichten nach ähnlichen Fällen und machen Behandlungsvorschläge.

Die Hoffnung: Krebspatienten könnten so individueller behandelt, Fehler reduziert und unnötige Kosten durch wirkungslose Therapien gesenkt werden.

Nano-Roboter bekämpfen Krankheiten

Seit knapp 20 Jahren geistert die Vision von Nanorobotern, die wie U-Boote durch den Blutkreislauf schwirren, durch die Wissenschaft. Bislang ist der Ansatz über die Grundlagenforschung aber noch nicht hinausgekommen. Zu groß sind die Herausforderungen.

Mit 3D-Druckern müssten Roboter hergestellt werden, die kaum größer als ein paar Nanometer sind. Dazu können nur Materialien verwendet werden, die dem Körper nicht schaden. Eine offene Frage ist auch der Antrieb. Für die Roboter wären die Flüssigkeiten in unserem Körper zäh wie Bienenhonig. Sie bräuchten deshalb entweder Energie von außen zum Beispiel von einem Magnetfeld oder müssten sich ähnlich wie Spermien über kleine Propeller aus Proteinen fortbewegen.

Gelingt es, diese und andere Herausforderungen zu lösen, wäre der Gewinn für die Medizin riesig. Die Nano-Roboter könnten zum Beispiel zu unerreichbaren Tumoren im Gehirn vorstoßen, Wirkstoffe punktgenau transportieren oder Krebszellen schon im frühen Stadium bekämpfen. Bisher klappt das allerdings nur in Computersimulationen und Gedankenspielen.

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