Winziger magnetischer Roboter rollt in den Darm, um nach Anzeichen von Krebs zu suchen
Im Bereich der medizinischen Wissenschaft wird die nicht-invasive Überwachung oft als der vielversprechendste – und anspruchsvollste – Weg für die Gesundheitsversorgung angesehen. Apple erforscht beispielsweise die nicht-invasive Blutzuckermessung am Handgelenk, während Samsung bereits eine Smartwatch-basierte Blutdruckmessung implementiert hat.
Bei schwerwiegenden Erkrankungen wie Krebs ist jedoch ein Besuch in der Klinik erforderlich, was mit teuren Scans und komplexen Diagnoseverfahren verbunden ist. Nehmen wir zum Beispiel die Diagnose Darmkrebs. Um auf Krebswachstum zu prüfen, ist die Endoskopie oder Koloskopie die bevorzugte Methode. Dabei wird ein Rohr in den Körper geschoben, an dem eine Kamera angebracht ist, um Scans aufzunehmen.
Die Zukunft der Krebsbiopsie?
Was wäre, wenn die Darmuntersuchung mit einem nicht-invasiven Werkzeug, das etwa so groß wie ein Penny ist, vom Körperinneren aus durchgeführt werden könnte? Genau das haben Experten der University of Leeds erreicht, indem sie einen winzigen Magnetroboter entwickelt haben, der mit einem kleinen Ultraschallsensor ausgestattet ist und der eines Tages die Notwendigkeit einer physischen Biopsie überflüssig machen kann.
Die Bewegung des Roboters innerhalb des Körpers wird von außen mithilfe eines großen Permanentmagnetsatzes über einen Joystick gesteuert. Bemerkenswert ist, dass auch die Roll- und Kehrbewegungen autonom gesteuert werden können. Während der Tests konnte es hochauflösende 3D-Scans erfassen, die für die Krebsdiagnose erforderlich sind, und auch Anomalien wie Läsionen in der Darmwand erkennen.
Das Team begann mit der Entwicklung einer einzigartigen Form namens Oloid, die mehr Bewegungsfreiheit bietet und sich leicht in der Darmhöhle bewegen lässt. Das einzigartig geformte Gehäuse wurde dann mit einem Hochfrequenzsensor ausgestattet, um hochauflösende 3D-Bilder der Darmwände aufzunehmen. Der gesamte Ansatz gilt als sicherer, kostengünstiger und zielgerichteter für breitere Anwendungen.
Das Oloid-Magnetendoskop (OME) hat einen Durchmesser von etwas mehr als zwei Zentimetern und wurde mit einem 3D-Drucker aus Harzmaterial hergestellt. Es wurde auf Oberflächen getestet, die den menschlichen Darm, die Speiseröhre und den Magen nachahmen. Nach Tests im Kunstdarm bestätigte das Team auch die Wirksamkeit im Schweinedarm, ein notwendiger Schritt, bevor im Jahr 2026 mit Versuchen am Menschen begonnen werden soll.
Laut Pietro Valdastri, Professor und Lehrstuhlinhaber für Robotik und autonome Systeme am Institut, ermöglicht OME die Diagnose von Darmkrebs und liefert sofortige Scanergebnisse. Der letzte Teil ist entscheidend.
Lösung entscheidender Probleme bei der Krebsbehandlung
Bei aktuellen Biopsiemethoden werden Gewebeproben entnommen und an Labore geschickt, was Tage bis einige Wochen dauern kann, bis die Ergebnisse vorliegen. Das Team sagt, dass sie die Wartezeit zwischen Diagnose und Intervention im Wesentlichen eliminiert haben.
„Dies ist das erste Mal, dass es möglich ist, hochauflösende dreidimensionale Ultraschallbilder zu erzeugen, die von einer Sonde tief im Magen-Darm-Trakt oder Darm aufgenommen wurden“, sagt das Ingenieurteam hinter dem OME und fügt hinzu, dass ein solcher Meilenstein noch nie zuvor erreicht wurde.
Für ihr Robotergerät verließ sich das Team auf ein 28-MHz-Mikroultraschall-Array, um detaillierte 3D-Scans der Darmwände zu erstellen. Medizinische Experten können die gesammelten Daten verwenden, um Querschnittsbilder zu erstellen, die denen einer regulären endoskopischen Untersuchung durch Gewebeanalyse unter dem Mikroskop ähneln.
Die Hochfrequenz-Ultraschallerfassung ist hier der Schlüssel, da sie es Experten ermöglicht, Details der Darmwand auf mikroskopischer Ebene zu erkennen. Mit OME haben Forscher ein Werkzeug entwickelt, das die Tür für Tiefenscans im menschlichen Magen-Darm-Trakt öffnet.
„Dies macht den Prozess nicht nur für Patienten komfortabler, sondern verkürzt auch Wartezeiten, minimiert wiederholte Eingriffe und lindert die Angst, auf mögliche Krebsergebnisse zu warten“, sagt Nikita Greenidge, Hauptautor der im Science Robotics Journal veröffentlichten Studie.
Die Experten sind zuversichtlich, dass OME die Tür zu erheblichen Fortschritten in der Krebserkennung und den anschließenden Behandlungsprozessen öffnen kann.