Tokio (LabNews Media LLC) – Ein Forschungsteam der Universität Tokio hat einen pillenförmigen Kapselroboter entwickelt, der mithilfe einer winzigen, ausziehbaren Bürste Proben aus dem Dünndarm entnehmen kann. Obwohl sich das Gerät noch in einer frühen Entwicklungsphase befindet, konnten die Forscher nach eigenen Angaben bereits zeigen, dass es magnetisch gesteuert durch entnommene Schweinedärme bewegt werden kann, um Proben von der Darmoberfläche zu gewinnen. Zukünftig könnte diese Art von Gerät eine komfortablere und ergänzende Alternative zu gängigen endoskopischen Verfahren darstellen.
Endoskope sind unverzichtbar, wenn Ärzte den Magen-Darm-Trakt untersuchen müssen – sei es zur Bildgebung, Probenentnahme oder für Behandlungen wie die Entfernung von Polypen. Herkömmliche Endoskope werden entweder vom Mund bis zum Anfang des Dünndarms (Gastroenteroskopie) oder durch den Dickdarm (Koloskopie) eingeführt. Die Untersuchung des langen und schmalen Dünndarms gestaltet sich deutlich schwieriger.
Eine Untersuchungsmethode ist die Kapselendoskopie: Der Patient schluckt eine Einwegkapsel mit einer Kamera, die während der Passage durch den Magen-Darm-Trakt Bilder an ein externes Aufnahmegerät sendet. Die Kapselendoskopie ist nach Angaben der Universität Tokio zwar sehr hilfreich bei der Diagnose und Überwachung bestimmter Erkrankungen, doch kommerziell erhältliche Kapseln sind hauptsächlich für die Bildgebung konzipiert und sammeln nicht routinemäßig Proben.
Funktionsweise der Kapsel
„In dieser frühen Studie haben wir eine Kapsel entwickelt, die mithilfe einer magnetisch gesteuerten, einziehbaren Bürste aktiv nützliche biologische Proben von der Darmoberfläche sammeln kann“, sagte Postdoktorand Yuguo Dai von der Graduate School of Engineering der Universität Tokio. „Die gesammelten Proben eigneten sich für die 16S-rRNA-Gensequenzierung, eine gängige Methode zur Mikrobiomanalyse.“
Die Kapsel ist ein kompaktes Gerät, das eine flexible Bürste, einen Schraubmechanismus und Magnete enthält. Das Team testete die Kapsel im Labor an entnommenen Dünndärmen von Schweinen. Zwei Roboterarme mit externen Magneten steuerten die internen Magnete in der Kapsel berührungslos. Eine Komponente stabilisierte die Kapsel nahe dem Zielbereich, während die andere mit einer internen Schraube eine Bürste ausfuhr, eine Probe aufnahm und diese anschließend wieder zur sicheren Aufbewahrung zurückzog.
„Wir sehen diese Technologie als potenzielle Ergänzung zu bestehenden klinischen Probenentnahmemethoden, insbesondere für Patienten, bei denen Proben aus schwer zugänglichen Bereichen benötigt werden oder die von einem weniger invasiven und angenehmeren Verfahren profitieren könnten“, so Dai.
Herausforderungen
Da der Patientenkomfort im Vordergrund steht, ist nach Angaben der Forscher eine weitere Miniaturisierung der Kapsel erforderlich, um Probleme beim Verschlucken oder Behinderungen der Passage durch den Magen-Darm-Trakt zu vermeiden. Eine weitere Herausforderung sind die begrenzten Reichweiten der Magnete. In Tests wurden die externen Magnete nahe am Darm positioniert, doch um die Anwendung an die Anatomie des menschlichen Körpers anzupassen, müsste der Abstand deutlich vergrößert werden.
„Unsere ersten Ergebnisse sind vielversprechend, und wir freuen uns, die Machbarkeit des Grundkonzepts demonstrieren zu können. Als Nächstes müssen wir die Herausforderungen hinsichtlich Größe, Reichweite und dem Schutz der entnommenen Proben bewältigen“, so Dai.
Ausblick
„Sollte die Kapsel zukünftig klinisch validiert werden, könnte dieses Verfahren andere endoskopische Eingriffe ergänzen, eine komfortablere Darmprobenentnahme ermöglichen und möglicherweise dazu beitragen, die Unterschiede in der Zusammensetzung der Darmflora an verschiedenen Stellen im menschlichen Darm aufzudecken. Dies könnte uns neue Erkenntnisse für die Erforschung der Diversität des Darmmilieus und dessen Bedeutung für unsere Gesundheit liefern.“
