Sinusitis: Forscher setzen Roboter zur mechanischen Zerstörung von Bakterien ein

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Ein chinesisches Forschungsteam hat staubkorngroße Nano-Roboter entwickelt, die im Schwarm gemeinsam tief sitzende bakterielle Nasennebenhöhlenentzündungen (Sinusitis) bekämpfen können. Sie zerstören durch mechanische Kräfte die Zellwände der Bakterien. Erste Versuche verliefen vielversprechend.

Chronische Sinusitis lässt sich nur schwierig behandeln. Meist muss invasiv operiert oder Antibiotika gegeben werden, die allerdings vielfach mit der Zeit nicht mehr wirken. Das chinesische Forschungsteam verfolgt einen anderen Ansatz und setzt Nano-Roboter, Copper Single-Atom-Loaded Bismuth Oxoiodide Photocatalytic Microrobots (CBMRs), ein. Mit Robotern eine bakterielle Nasennebenhöhlenentzündung zu bekämpfen, ist nicht neu. Es wurden bereits magnetische Roboter eingesetzt, die sich allerdings kaum durch die mit dickflüssigem Eiter und Zelltrümmern verstopften Bereiche durcharbeiten konnten. Die CBMRs der chinesischen Forscher sollen dagegen licht- und magnetgesteuert in der Lage sein, auch tiefgehende Sinusitis wirksam zurückzudrängen.

Die Nano-Roboter bestehen aus winzigen magnetischen Partikeln, die antibakterielles Kupfer enthalten, schreiben die Wissenschaftler in der Studie "Photocatalytic microrobots for treating bacterial infections deep within sinuses", die in Science Robotics erschienen ist. Mittels einer magnetisch gesteuerten Glasfaser werden die Roboter angesteuert und zugleich mit sichtbarem Licht beleuchtet. Dabei werden die über den Nasengang in die Nasennebenhöhle injizierten Roboter über die magnetisch-optische Glasfaser zum Infektionsherd bewegt. Die Bewegungen der CBMRs erfolgen dabei koordiniert. Die Roboter können sich besser bewegen, da sie durch das Licht aktiviert Wärme abgeben.

Mechanische Bekämpfung der Bakterien

Außerdem üben die Nano-Roboter unter dem Magnetfeld kollektiv mechanische Kräfte aus. Dabei werden die Zellwände der Bakterien aufgebrochen. Die Roboter erzeugen weiterhin antibakterielle reaktive Sauerstoffspezies (Antibacterial Reactive Oxygen Species – ROS). Diese freien Radikale töten die dann freigelegten Bakterien ab.

Die Wissenschaftler testeten die Roboter im Labor an Kaninchenmodellen, in denen bakterielle Biofilme mit Sinusitis eingebracht worden waren. Zusätzlich wurden die Nano-Roboter an toten Schweinen, die mit bakterieller Nasennebenhöhlenentzündung infiziert waren, getestet. In beiden Fällen konnten die Entzündungen wirksam bekämpft werden. Gewebeschäden und Nebenwirkungen traten dabei keine auf. Die Nano-Roboter konnten nach ihrer Arbeit auf natürliche Weise aus der Nase ausgeschieden werden.

Das nicht-invasive Verfahren habe deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Behandlungsmethoden: Zum einen sind keine körperlich belastenden Operationen nötig. Zum anderen ist keine sonst übliche Medikamentengabe von Antibiotika notwendig, die vielfach zu einer Antibiotikaresistenz führen kann.

(olb)