Die Forschenden testeten die NPC-Bots auch an Mäusen mit einem vollständig durchtrennten Rückenmark. Auch hier waren die Ergebnisse erfolgsversprechend: Nach 28 Tagen waren die Nervenzellen an der Verletzungsstelle bei den Tieren verbunden. Die behandelten Mäuse bewegten sich in dieser Zeit zunehmend besser – Gangbild, Schrittlänge, Koordination und Erkundungsverhalten normalisierten sich deutlich.
Dieses Resultat ist deshalb entscheidend, weil sich bei Mäusen das Rückenmark – im Gegensatz zu dem der Zebrafische – normalerweise nicht regeneriert. Die Tiere vertrugen die Behandlung gut, es traten keine schädlichen Nebenwirkungen oder Immunreaktionen auf.
Mit minimalinvasiver Stimulation zum Erfolg
Möglich wurden diese Erfolge durch die elektrische Stimulation der Stammzellen, was deren Differenzierung nach der Transplantation besonders fördert. Dabei wandeln die Nanopartikel magnetische Signale direkt in elektrische Impulse um, welche die Stammzellen gezielt stimulieren. Bei den NPC-Bots müssen die Forschenden nur externe Magnetfelder verwenden, die rund um die zu reparierende Stelle angeordnet werden. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen benötigt die Methode keine implantierten Elektroden oder Kabel. Dies ist wichtig, da das Rückenmark äusserst empfindlich ist. «Wir können durch die mikrorobotische Steuerung die Behandlung präziser und minimalinvasiver machen», fasst Hao zusammen.
Magnetfelder eignen sich besonders gut, um Stammzellen zu stimulieren, weil sie das Gewebe leicht durchdringen und sich Frequenz sowie Feldstärke flexibel an den jeweiligen Einsatz anpassen lassen. Nachdem die Vorläuferzellen stimuliert wurden und sich zu Nervenzellen entwickelt haben, verschmelzen die NPC-Bots im Wesentlichen mit dem Gewebe. Die Forschenden erwarten, dass die Nanopartikel dank ihrer Bariumtitanat-Beschichtung stabil und wenig reaktiv sind. Weitere Studien sollen klären, ob und wie die Partikel langfristig abgebaut oder ausgeschieden werden.
Idee lässt sich beliebig ausbauen
Die Resultate aus den Tierversuchen sind äusserst vielversprechend. Bis die NPC-Bots im Menschen angewendet werden können, wird es aber noch länger dauern. «Nebst vielen klinischen Aspekten müssen wir zuerst testen, welche Magnetfelder beim Menschen am besten funktionieren und wie lange die optimale Stimulationszeit ist», erklärt Hao. Trotzdem denken die Forschenden bereits jetzt über weitere Anwendungen nach: «Die reproduzierbare und skalierbare Herstellung von Mikrorobotern mit unserem Lab-on-a-Chip-System zeigt, dass das Anwendungspotenzial der Plattform über die Grundlagenforschung hinaus geht», erläutert Professor Pané i Vidal. Diese könnte zum Beispiel auch für die Kardiologie, die Onkologie, die Wundheilung und andere gezielte regenerative Therapien angepasst werden. So könnten auch diese Behandlungen dereinst sicherer, kontrollierbarer und wirksamer werden.