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Gesundheit+Medizin

Spritzen leicht gemacht

Forscher haben eine Spritze entwickelt, die "merkt", wenn sie am Ziel ist. (Bild: Nature Biomedical Engineering)

Nadeln und Spritzen sind bei vielen Patienten nicht gerade beliebt – und tatsächlich ist ihre Anwendung mit Risiken behaftet. So kann eine falsche Bewegung mit der Nadel dazu führen, dass Medikamente nicht zu ihrem Zielort gelangen oder umliegendes Gewebe empfindlich verletzt wird. Doch Forscher haben nun eine intelligente Nadel entwickelt, die das künftig verhindern soll. Sie reagiert auf Widerstandsveränderungen und „merkt“ so, wenn sie am Ziel ist.

Spritzen sind aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Wahrscheinlich gehören sie sogar zu den am häufigsten verwendeten medizinischen Instrumenten überhaupt. Mit ihrer Hilfe lassen sich Körperflüssigkeiten entnehmen, Wunden spülen und vor allem Medikamente verabreichen – vom Impfstoff bis zum Insulin für Diabetiker. „Medizinische Prozeduren mit Spritzen und hohlen Nadeln haben in den vergangenen 100 Jahren zahlreiche lebensrettende Behandlungen möglich gemacht“, schreiben Forscher um Girish Chitnis von der Harvard Medical School in Boston. Doch nicht immer klappt die Injektion von Medikamenten dabei reibungslos.

Reaktion auf Widerstandsverlust

„Bestimmte Gewebe mithilfe von Nadeln zu erreichen, kann schwierig sein und benötigt oft besonders geschultes Personal, um Fehler und damit verbundene Schäden zu vermeiden“, sagt Co-Autor Jeff Karp. Dies gilt insbesondere für sensible Bereiche wie das Rückenmark und den Bauchraum, aber auch den suprachorodialen Raum des Auges. Sollen Mittel dort hinein gespritzt werden, ist Fingerspitzengefühl gefragt. Denn die Nadel muss direkt hinter der nur etwa einen Millimeter dicken Lederhaut zum Stoppen kommen – wird sie nur etwas weiter bewegt, droht eine Beschädigung der Retina. Um solche Prozeduren künftig zu erleichtern und damit sicherer zu machen, hat sich das Team um Chitnis nun eine Lösung ausgedacht: Sie entwickelten eine intelligente Nadel, die quasi von selbst merkt, wenn sie ihren Zielort erreicht hat.

Die Entwicklung der Wissenschaftler besteht im Wesentlichen aus Nadel- und Spritzenteilen, die schon heute kommerziell erhältlich sind. Das Besondere aber ist ihre Funktionsweise: Wie bei einer herkömmlichen Spritze auch wird die Nadel zunächst mit ihrer Spitze oberflächlich in das Gewebe gedrückt. Um die Flüssigkeit zu injizieren, wird dann ein Kolben nach unten bewegt, wodurch das enthaltene Mittel mehr und mehr zusammengedrückt wird. Durch die dabei entstehende Kraft dringt die Nadel immer tiefer in das Gewebe ein – bis es zu einem Widerstandsverlust kommt. Dieser Widerstandsverlust bedeutet, dass ein Hohlraum oder ein Gewebe mit einer geringeren Dichte erreicht ist. Der Clou: In dieser Situation sorgt eine mechanische Stoppfunktion automatisch dafür, dass die Nadel ihre Position hält. Drückt der Nutzer nun weiter auf den Kolben, wird die Flüssigkeit in der Spritze sofort frei, um den Druck im Inneren zu reduzieren.

Breite Anwendungsmöglichkeiten

Tests mit Gewebeproben sowie unter anderem mit Hasen bestätigten, dass mit der neuen Nadel eine präzise Verabreichung von Medikamenten möglich ist und das Risiko für Verletzungen sinkt. Doch nicht nur Arzneimittel lassen sich mit dieser Spritze zielgenau in den Körper transportieren. Den Forschern gelang es bei ihren Untersuchungen auch, Stammzellen in den suprachorodialen Raum des Auges zu spritzen. „Die so verabreichten Zellen überlebten, was nahelegt, dass die Kraft der Injektion ihnen nicht geschadet hat“, sagt Co-Autor Kisuk Yank. „Damit eröffnet unsere Entwicklung neue Möglichkeiten für regenerative Therapien.“

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Wie das Wissenschaftlerteam betont, kann ihre intelligente Spritze für zahlreiche medizinische Anwendungen angepasst werden. „Es handelt sich um eine Plattform-Technologie, die so weiterentwickelt werden kann, dass in Zukunft viele Patienten davon profitieren können“, sagt Chitnis. „Der nächste Schritt wird nun sein, den Nutzen und die Sicherheit unserer Technologie in weiteren präklinischen Studien zu untermauern“, schließt Co-Autor Miguel Gonzáles-Andrades.

Quelle: Girish Chitnis (Harvard Medical School, Boston) et al., Nature Biomedical Engineering, doi: 10.1038/s41551-019-0350-2

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