Wissenschaftler der EPFL haben einen bemerkenswert kleinen und ultraflexiblen neurovaskulären Mikrokatheter erfunden. Angetrieben durch den Blutfluss kann er in Sekundenschnelle sicher durch die am weitesten verzweigten Arterien navigieren
Mikrokatheter sind medizinische Geräte, die sich durch die Blutgefässe des Körpers schlängeln können, um lebenswichtige Behandlungen zu liefern, z. B. um verstopfte Arterien zu öffnen oder Blutungen zu stoppen. Sie können auch verwendet werden, um die Blutzufuhr zu einem Tumor zu unterbrechen oder eine hochgradig zielgerichtete Chemotherapie zu verabreichen.
Bisher verwendeten interventionelle Neuroradiologen Führungsdrähte, um die Mikrokatheter mithilfe einer mühsamen Schub-Zug-Dreh-Technik, die die Gefässwände beschädigen kann, sorgfältig durch die gewundenen Windungen der Blutgefässe zu befördern. Diese Instrumente sind jedoch immer noch zu gross, um die am weitesten entfernten und verzweigten Blutgefässe im Gehirn zu erreichen, die einen Durchmesser von weniger als 150 Mikrometern haben können, was ungefähr der Grösse eines Haares entspricht.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, haben die Wissenschaftler drahtlose Mikroroboter entwickelt, die mithilfe von Magnetfeldern oder akustischen Wellen zu einer Behandlungsstelle gelenkt werden können. Laut Selman Sakar, Leiter des Labors für MikroBioRobotische Systeme an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Technik der EPFL, sind Katheter mit einem überarbeiteten Design jedoch immer noch die effizienteste Lösung.
"Katheter haben den Vorteil, dass es kein Problem darstellt, sie nach der Verwendung zu entfernen, und sie sind nicht durch die Menge der Substanz, die sie transportieren können, eingeschränkt. Gleichzeitig befinden sich viele Blutgefässe ausserhalb der Reichweite eines herkömmlichen Katheters", erklärt Selman Sakar. "Deshalb haben wir MagFlow entwickelt und getestet: einen ultraminiaturisierten magnetischen Mikrokatheter - halb so gross wie die Referenz-Mikrokatheter -, der den Kontakt mit den Gefässwänden minimiert, indem er sich von der kinetischen Energie des Blutflusses tragen lässt."
Neue Wege in der Medizin
Das Konzept von MagFlow wurde ursprünglich 2020 als ein flaches, bandförmiges Polymergerät (im Gegensatz zu herkömmlichen endovaskulären Instrumenten, die zylindrisch sind) mit einer magnetischen Spitze dargelegt. Nun haben Selman Sakar und Lucio Pancaldi, der kürzlich seinen Abschluss an der EPFL gemacht hat, in Zusammenarbeit mit dem interventionellen Neuroradiologen Pascal Mosimann vom Toronto Western Hospital (Kanada) dieses Konzept in einen voll funktionsfähigen Mikrokatheter umgewandelt. Zwei verklebte Polymerfolien ermöglichen es dem Körper des Geräts, sich "wie ein Feuerwehrschlauch" aufzublasen, um flüssige oder zähflüssige biomedizinische Flüssigkeiten abzugeben.
Parallel dazu entwickelte das Team der EPFL eine robotische Steuerungsplattform, OmniMag, die es ermöglicht, den Mikrokatheter mithilfe eines Magnetfeldgenerators, der auf einem Roboterarm montiert ist, zu steuern. Mithilfe der Handbewegung des Arztes auf einem Stift berechnet OmniMag automatisch die Ausrichtung des Magnetfelds, die erforderlich ist, um die magnetische Spitze von MagFlow in die gewünschte Richtung zu lenken.
Diese patentierte Technologie stösst auf grosse Begeisterung und wir wollen sie weiterentwickeln. Wir sind gerade dabei, ein Start-up-Unternehmen zu gründen
Selman Sakar, Leiter des Labors für MikroBioRobotische Systeme
Bei Experimenten in einem Forschungszentrum in Paris demonstrierte das Team die einzigartigen Fähigkeiten von MagFlow, indem es in extrem enge und gewundene Arterien im Kopf, Hals und in der Wirbelsäule von Schweinen eindrang, um schnell und sicher Kontrastmittel und Embolisierungsmittel zu verabreichen. Die Ergebnisse dieser Experimente wurden in Science Robotics veröffentlicht.
"Unsere experimentellen Ergebnisse machen das Konzept der flussgesteuerten Navigation zu einer praktikablen klinischen Lösung, die letztendlich neue Behandlungswege für Herz-Kreislauf-Erkrankungen eröffnen kann", fasst Lucio Pancaldi zusammen.
Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass MagFlow in Zukunft Zugang zu den Blutgefässen von Erwachsenen mit hämorrhagischem Schlaganfall oder arteriovenösen Missbildungen sowie von pädiatrischen Krebspatienten und -patientinnen erhalten könnte. Sie argumentieren, dass ihre Technologie bereits das Interesse der medizinischen Gemeinschaft geweckt hat, und arbeiten derzeit mit Klinikern und Klinikerinnen des CHUV und des Hôpital ophtalmique Jules Gonin zusammen, um MagFlow für die Behandlung des Retinoblastoms zu entwickeln. "Diese patentierte Technologie stösst auf grosse Begeisterung und wir wollen sie weiterentwickeln. Wir sind gerade dabei, ein Start-up-Unternehmen zu gründen", kündigt Selman Sakar an.
Er fügt hinzu, dass diese innovative Technologie über die Katheterisierung hinaus auch den Weg für Anwendungen in der Neurologie ebnet. "Wir arbeiten mit Neurochirurginnen und Neurochirurgen sowie Epileptologen am Inselspital Bern an der Entwicklung von Elektroden, die mithilfe des MagFlow-Konzepts durch die Blutgefässe navigieren können, um die Anfallsaktivität auf minimalinvasive Weise zu kartieren."
Referenzen
Lucio Pancaldi et al, Flow-driven magnetic microcatheter for superselective arterial embolization.Sci. Robot.10,eadu4003(2025).DOI: 10.1126/scirobotics.adu4003
