Prof. David Gracias, Direktor für Graduiertenstudien am Department of Chemical and Biomolecular Engineering der Johns Hopkins University, spricht mit Jason Goodyer, Chefredakteur von BBC Science Focus, über seine bahnbrechende Forschung zu bioinspirierten Mikrogeräten. Diese Theragripper geben Medikamente direkt im Magen-Darm-Trakt präzise ab.
Sie haben die Technologie an parasitären Hakenwürmern ausgerichtet. Woher kam diese Idee?
Wir haben versucht, Medikamente oral durch den Magen-Darm-Trakt zu verabreichen – eine enorme Herausforderung. Der Trakt ist mit einer Schleimschicht ausgekleidet, die wie ein Förderband wirkt und sich ständig bewegt. Sie transportiert und verdaut Zellen in unterschiedlichen Abschnitten mit variierenden Geschwindigkeiten.
Äußerlich kennen wir Pflaster für kontrollierte Wirkstofffreisetzung, doch innen halten sie nicht stand. Also fragten wir: Wie löst die Natur das? Würmer und andere Organismen siedeln sich dort langfristig an. Sie verankern sich in der Schleimhaut – daraus entstand unsere Idee.
Wie groß sind die Theragripper und woraus bestehen sie?
Sie messen etwa einen Viertelmillimeter und sind für das bloße Auge kaum sichtbar. Materialien: Metalle und Polymere.
Wie wurde die Größe gewählt?
Wir optimieren sie anwendungsbezogen. Größere speichern mehr Wirkstoff, wirken aber invasiver. Zentimetergroße Prototypen bergen Risiken wie Verstopfungen. Klein ist unauffälliger, erfordert aber mehr Einheiten für die Dosierung.
Wie werden diese winzigen Geräte hergestellt?
Mit Mikrochip-Techniken auf Silizium-Wafern via Photolithographie – ein Standardverfahren. So produzieren wir Tausende parallel kostengünstig.
Wie geben Theragripper nach Einnahme den Wirkstoff frei?
Oral oder per Einlauf. Sie ähneln einer gespannte Feder oder Mausefalle: Dünne Filme unter Spannung, gehalten von einem Polymer-Trigger. Dieser reagiert auf Umweltfaktoren wie Temperatur, pH oder Biomoleküle.
Beispiel: Abgekühlte Grippers bleiben flach. Im Körper bei 37 °C lösen sie aus, entfalten sich und verankern.
Wie haften sie an der Schleimhaut?
Die Klauen entfalten enorme Kraft und greifen fest. Der Wirkstoff diffundiert aus dem inneren Reservoir.
Warum sind Systeme mit verzögerter Freisetzung entscheidend?
Mehrere Gründe: Jährlich verschwenden 600 Milliarden US-Dollar durch mangelnde Therapietreue – Patienten vergessen Dosen. Kontinuierliche Abgabe verbessert Compliance.
Sie sorgt für stabile Wirkstoffspiegel ohne Spitzen. Und sie bietet Bequemlichkeit, wie Nikotinpflaster.
Welche Erkrankungen eignen sich für Theragripper?
Vielfältig: Wir testeten Schmerzmittel, erproben weitere.
Aktueller Stand und Ausblick?
In dynamischer Mikrorobotik pulsiert Innovation. Wir prägen 'Therapeutika mit aktiver Materie' als Paradigma für effizientere, sicherere Medizin.
Technisch: Kapseln für andere Körperregionen, Größen- und Ladeoptimierung. Klinisch: Vom Tier- zum Humanstudium – ein Sprung, den wir mit Gastroenterologe Florin Selaru meistern. Er bringt Praxisexpertise ein, ich Technik.