Künstlicher biotechnischer menschlicher Nano-Roboter von Selzer-McKenzie

Künstlicher biotechnischer menschlicher Nano-Roboter von Selzer-McKenzie

Author D. Selzer-McKenzie

YoutubeVideo: https://youtu.be/5YPU9yD9Pic

DIE MEDIZINISCHE FORSCHUNG PROBT SCHON HEUTE TECHNIKEN, DIE

WIE SZENARIEN AUS EINEM SCIENCE-FICTION-FILM WIRKEN. SIE SOLLEN

KREBSBEKÄMPFUNG PRÄZISER UND PROTHESEN INTUITIVER MACHEN.

In Innenstadt von Stuttgart liegt 20 Taxi¬minuten entfernt, das funktionale Ge¬bäude bietet wenig Raum für Ablenkung, und vielleicht ist das ganz gut, denn im zweiten Stock sitzt Peer Fischer, 44, und kümmert sich um die Zukunft.

Fischer ist Professor für Physikalische Chemie an der Universität Stuttgart und Leiter der For¬schungsgruppe „Mikro-, Nano- und Molekulare Systeme" am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. Er hat in Cambridge studiert, in Harvard geforscht und im letzten Jahr den „World Technology Award" erhalten, eine Aus¬zeichung, die auch Elon Musk und Julian Assange schon gewonnen haben. Mit ihr werden „innovative Arbeiten mit höchstwahrscheinlich langfristiger Bedeutung" für die Menschheit ausgezeichnet. Die Kategorie, in der Fischer gewann: „IT Hardware". Der Mittvierziger baut Roboter, die kleiner sind als menschliche Zellen.

„Roboter ... mhh", macht Fischer. Sein Schreibtisch sieht so aus, wie man sich Schreibtische von Forschern vorstellt: Papiere stapeln sich, Bücher liegen herum, be¬nutzte Kaffeetassen, und an dem an der Wand hängenden Whiteboard ist vor lauter Formeln das Weiße nicht mehr zu erkennen. Er sagt: „Na ja." Nicht mal in der Robotik sei klar definiert, was das sei, ein Roboter. „Mit Transformers und R2D2 hat es jedenfalls nichts zu tun."

100 Nanometer groß sind seine Maschinen, 0,1 Mikro¬meter, ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick.

einem Bakterium ist", sagt er. Alles andere sei einfach zu groß, um durch die Moleküle zu kommen. „Die Substan¬zen sind ja gemacht, um kleinste Eindringlinge abzuweh¬ren", sagt er. Die Substanzen: vor allem Schleime aller Art. Nur wenn man die durchdringe, könne die „Materialbe¬arbeitung" stattfinden. Was klingt wie bei einem Schlos¬ser meint: Während Pillen sich über den Magen im gan¬zen Körper verteilen und bei Injektionen nur ein Teil des Wirkstoffs ans gewünschte Ziel gelangt, sollen Nanorobo-ter den Wirkstoff zielgenau verteilen, um Krankheiten an Ort und Stelle zu bekämpfen. Metallische Nanopartikel könnten so etwa direkt in eineTetorzel e ge rac t un -mithilfe.-Jektröinagnetischer Wechselfelde—i—Erhitzt \VJ-¬den. Da Tumorzellen bei hohen Temperaturen absterben, könnten Krebszellen so getötet werden. Im Labor funk-tioniert das bereits.

Dabei sind die Stuttgarter nicht die Einzigen, die im Schrumpfen große Möglichkeiten erkennen. Der kleinste voll autonome Computer der Welt, der Michigan Micro Mote, ist mit einem halben Zentimeter gerade mal so win¬zig wie die Spitze einer Bleistiftmine. Er könnte etwa in einem Tumor überwachen, wie die Chemotherapie an¬schlägt, oder den Augeninnendruck überprüfen. In Zürich experimentiert die Technische Hochschule mit Mikrobots, die verstopfte Arterien befreien und Schlaganfälle verhin¬dern könnten. Und das Google X Lab in Mountain View verspricht sich von magnetischen Nanopartikeln, dass sie auf der Suche nach verdächtigen Zellen und Proteinen durch den Blutkreislauf wandern und so Krankheiten ent¬decken, bevor sie ausbrechen.

Aber Fischers Team führt den Wettlauf an. Er sagt: „Das gibt es sonst nirgends." Hergestellt werden die Robo¬ter ein paar Räume weiter in einer grauen Kiste mit einem Fenster, Vakuumkammer, etwa so groß wie ein kleiner Kühlschrank, viele lange Rohre, noch mehr Kabel, Stick¬stoff Daneben ein Rechner, diverse Regale, darauf alle Ar¬ten von Metall in kleinster Form. Denn die Nanoroboter werden weder geschweißt noch geschraubt oder geklebt, sondern aus dem Dampf der Komponenten gefertigt, aus denen sie letztlich bestehen sollen. Dabei wird eine ge¬kühlte und drehbare Scheibe in der Kammer platziert und schräg in den Strom eines Metalldampfes gestellt. Dessen Atome setzen sich auf Nanopartikeln ab, die zuvor auf der Scheibe platziert wurden: Auf dem Träger wachsen Stäb¬chen. Bewegt man die Scheibe während des Aufdampfens, verändert sich auch die Struktur des Stäbchens, es wird zur Helix oder Schraube. Und wenn zwischendurch das Ausgangsmaterial geändert wird, anderes Metall, magne-tisch, dann ändert sich auch der Aufbau der Nanostruktur. Das Verfahren dauert nur wenige Stunden, und statt eines einzigen Roboters entstehen ein paar mehr: pro Quadrat¬zentimeter Scheibe eine Milliarde. Eine Flotte.

Die muss ohne Steuermann zum Ziel navigieren. Bisher können sich kleine Objekte nur passiv im Körper bewegen, etwa mit dem Blutstrom. Das ist bereits heute Standard in der Pharmakologie, nützt aber nichts, wenn ein Ziel bewusst angesteuert werden soll. Deswegen kön-nen die Nanobots mit einem Magnetfeld angetrieben und gesteuert werden. Eine weitere Herausforderung: Die meisten biologischen Flüssigkeiten verändern ihren Wider-stand. Je größer die Belastung, etwa durch die Geschwin-digkeit eines Objektes, desto zäher wird das Blut. Gelöst haben die Wissenschaftler das Problem durch die Kons-truktion einer Muschel. Ihre zwei Silikon-Polymer-Scha¬len, verbunden durch ein Drehgelenk, schließen und öff¬nen unterschiedlich schnell. Auf ein schnelles Zuklappen erfolgt ein langsames Aufklappen. Die Muschel bewegt sich so zuerst ein großes Stück vorwärts, bei der zweiten Bewegung aber nur ein kleines Stück zurück, sodass sie insgesamt vorankommt. „Ist eine sinnvolle Technologie", sagt Fischer und freut sich über die Untertreibung.

Und wann sind die Nanoroboter im klinischen Alltag einsetzbar? Er lehnt sich in seinem Stuhl zurück. Er sagt: „Hier funktioniert es wunderbar." Und Interesse der In-dustrie bestehe auch, daran werde es nicht liegen, aber selbst, wenn es schnell gehe: Medizinische Tests dauern Jahre. Schließlich sagt er: „Sagst du zehn Jahre, denken alle, es kommt sofort. Sagst du 20 Jahre, denken alle, es kommt nie."

Fischer zuckt mit den Schultern. Man kann die Zeit nutzen: das System besser machen. Er sagt: „Uns wird hier nicht langweilig werden."

ORTSWECHSEL: ZU BESUCH IN GÖTEBORG BEI DR. ROBOCOP

Natürlich kennt Max Ortiz Catalan Ray Kurzweil. Kurzweil ist Chefingenieur von Google. Er ist der bekann¬teste Vordenker des Transhumanismus und begreift den Menschen als System aus Soft- und Hardware, komplex zwar, aber optimierbar. Die anstehende biotechnologische Revolution, sagt Kurzweil, werde der Menschheit zur Un¬sterblichkeit verhelfen, dazu werde er stark, superintelli¬gent und gottähnlich. 2045 soll es so weit sein.

Max Ortiz Catalan hat einen Arm entwickelt, der Kurzweils Beifall finden würde. Er lächelt. Manchmal, sagt er, bekommt er tatsächlich Post von Menschen, die ihm vorschlagen, ihre gesunden Arme zu amputieren. Die sich zwei Kunstarme wünschen. Die Iron Man sein wollen. „Einmal hat mir eine Frau geschrieben, die wollte, dass ich ihr einen neuen Körper baue." Geld, sagt er, habe keine Rolle gespielt, sie wollte einfach aus Metall und Kunststoff sein und dann das Gehirn hochladen, da werde er schon einen Weg finden. „Nein", sagt er, „das ist keine gute Idee."

Catalan, Mexikaner, Universität Göteborg, hat eine Armprothese entwickelt, die zwar abnehmbar ist, deren Interface aber eben auch im Knochen des Oberarms ver¬ankert ist und dabei im Inneren des Arms über implan¬tierte Elektroden und im Labor gezüchtete Nerven

direkt an Muskeln und Nerven anschließt. Das Gehirn sendet Nervensignale über das Implantat an die Prothese weiter, wo die Signale dann decodiert und in Bewegungen übersetzt werden. Umgekehrt empfängt es Rückmeldun¬gen über Druck und Position, Spannung und Kraft. „It's the only system in the world", sagt er. Er steht von sei¬nem Schreibtisch auf, geht zu einer Tafel und malt mit schwungvollen Kreisen den Schnitt durch einen Oberarm. „Hier, hier und hier", sagt er. Er macht Punkte, die die Ner¬ven zeigen sollen, und zeigt, wo der Chip sitzt, der die elektrischen Signale unterscheidet. Irgendwann sind es so viele eingezeichnete Nerven, dass die Zeichnung unüber¬sichtlich wird.

Was klingt wie „Blade Runner", nämlich die Verschmel-zung von Mensch und Maschine, ist in kleinerem Maßstab schon länger Alltag: Die Osseointegration ist ein Begriff aus der Kieferchirurgie und beschreibt den Zustand, in dem ein Implantat erfolgreich in ein biologisches System integriert wurde. Tatsächlich ist der künstliche Arm direkt mit lebendem Knochen und Gewebe verbunden. Eine engere Integration von Biologie und Mechatronik gibt es nicht. Für Patienten bedeutet das: Die Prothese ist steuer¬bar durch Gedanken. Zudem ist sie beweglicher, empfind¬licher und einfach zu handhaben. Konkret: Schuhe bin¬den, mit Weingläsern hantieren, Eier in den Kühlschrank räumen, Geschirr abspülen, das geht alles. Auto fahren, Dinge hochheben, Kram transportieren sowieso.

„In manchen Dingen ist die Prothese überlegen", sagt Catalan. Zum Beispiel, wenn man Wände einschlagen will oder Metall zerdrücken. Dennoch, sagt er, sei es eben kein richtiger Arm. Man kann mit ihm schlafen, aber nicht du¬schen, ihn 24 Stunden tragen, sieben Tage lang, aber die Finger noch nicht bewegen wie echte Finger. Catalan sagt aber auch: „Alles eine Frage der Zeit."

Bereits jetzt kann die Hand der Schweden theoretisch mit jeder anderen Maschine interagieren — Wi-Fi und Di-gitalisierung sei Dank. „Man kann sein Auto damit starten oder das Licht im Wohnzimmer anmachen", sagt Catalan. „Wenn man es programmiert."

Im Labor ruht die Hand hinter einer Scheibe auf ei¬nem Podest, zwei Rechner sind angeschlossen, Dutzende Kabel liegen herum. Skynet aus den „Terminator"-Filmen kommen einem in den Sinn, Catalan lacht. Eine Assisten¬tin klebt Elektroden an ihren Unterarm. Sie zeichnen die Signale auf, die die Nerven und Muskeln senden, wenn bestimmte Bewegungen ausgeführt werden. Die Hand hinter der Scheibe vollzieht die Bewegungen der Assisten¬tin nach: Ballt sie die Faust, tut das auch die Prothese. Die Hand wird so trainiert, die Software sorgt dafür, dass sie ständig dazulernt. Catalan lächelt mit Vaterstolz.

Auch wenn der Versuch in der Echtwelt gut läuft: Magnus — obwohl sein Nachname nie genannt wird, ist er mittlerweile trotzdem berühmt Lkw-Fahrer aus Nord¬schweden, ist der bisher einzige Patient, der einen solchen Arm trägt. Seit 2013 trägt er ein Vorläufermodell, das im laufenden Betrieb ständige Updates bekommt, und ist da¬mit der Star in seiner Stadt: Seine Kinder nennen ihn Ro-bocop. Obwohl noch immer überwacht, kann man jetzt schon sagen, dass der Verlauf ein Erfolg ist.

Und wann ist es so weit, dass mehr Menschen von der sensitiven Prothese profitieren können? „In fünf Jahren", sagt Catalan, „vielleicht in zehn." Dann habe man eine markttaugliche Prothese. Er sagt: „Und dann sind die Mög-lichkeiten grenzenlos