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vorgestellten Mikroschwimmer haben das Potenzial, eines Tages Aufgaben in lebenden Organismen oder biologischen Umgebungen zu erfüllen, die ansonsten schwer zugänglich sind. Noch weiter in die Zukunft gedacht, könnten die Schwimmer eines Tages helfen, Krebs oder andere Krankheiten gezielter zu behandeln.

In ihrer Arbeit stellen Forschende am Max-PlanckInstitut für Intelligente Systeme (MPI-IS) und Festkörperforschung (MPI-FKF) organische Mikropartikel vor, die sie durch natürliche Flüssigkeiten und verdünntes Blut auf bisher ungeahnte Weise steuern können. Selbst in sehr salzhaltigen Flüssigkeiten können die Mikroschwimmer mit Hilfe von sichtbarem Licht mit hoher Geschwindigkeit einzeln oder als Schwarm vorwärtsgetrieben werden. Sie sind zudem biokompatibel und können ohne weitere Modifi kationen gezielt Medikamente aufnehmen und abgeben. Die Materialeigenschaften sind so gut, dass daraus eines Tages semi-auto-

Lichtgesteuerte organische Mikroschwimmer. Micro-nageurs organiques contrôlés par la lumière.

Image: Max Planck Institute for Intelligent Systems.

giques difficiles d’accès en temps normal. Si l’on se projette encore plus loin dans le futur, les nageurs pourraient un jour contribuer à traiter le cancer ou d’autres maladies de manière plus ciblée.

Dans leurs travaux, des chercheurs des instituts MaxPlanck pour les systèmes intelligents (MPI-IS) et la recherche sur l’état solide (MPI-FKF) présentent des microparticules organiques qu’ils sont capables de guider à travers des fluides naturels et du sang dilué, de manière révolutionnaire. Même dans des fluides très salés, la lumière visible permet de propulser les micro-nageurs à grande vitesse, un par un ou en nuée. Ces micro-nageurs sont également biocompatibles et peuvent absorber et libérer des médicaments de manière ciblée sans avoir besoin d’être modifiés. Les propriétés du matériau sont si optimales qu’elles pourraient un jour permettre de mettre au point des microrobots semi-autonomes pour des applications biomédicales. Il semblait jusqu’à présent impossible de concevoir et de fabriquer des micro-nageurs aussi polyvalents.

Difficile de faire plus ciblé « Notre travail montre le potentiel insoupçonné des microparticules poreuses. Les matières premières entrant dans leur composition sont disponibles en abondance. Les réseaux organiques poreux, comme le nitrure de carbone, peuvent être produits facilement, avec de multiples propriétés – ce qui en fait le matériau idéal pour la fabrication de microrobots », estime le premier auteur. « Par nature, les matières organiques poreuses permettent d’obtenir de grands

nom agierende Mikroroboter für Anwendungen in der Biomedizin entwickelt werden könnten. Derart vielseitige Mikroschwimmer zu entwerfen und herzustellen, schien bislang unmöglich.

Noch gezielter geht nicht

«Unsere Arbeit zeigt, welch ungeahntes Potenzial poröse Mikropartikel haben. Die Ausgangsmaterialien für ihre Herstellung sind reichlich vorhanden. Poröse organische Netzwerke, wie z. B. Kohlenstoffnitrid, können leicht und mit vielseitigen Eigenschaften produziert werden – ideale Bedingungen, sie als Material zum Bau von Mikrorobotern zu nutzen», meint der Erstautor. «Poröse organische Materialien ermöglichen von Natur aus grosse Porenvolumina und innere Oberflächen, die viel Platz für Beladung lassen, während sie gleichzeitig die Beschränkungen für den Antrieb mit Licht überwinden, die sonst in Gegenwart von Ionen auftreten. Eine weitere Anpassung der molekularen Struktur des Materials können gesteuerte Wechselwirkungen mit einer Medikamentenladung ermöglichen, ohne dass eine spezielle Verkapselung der Medikamente erforderlich ist. In Zukunft können wir die optoelektronischen Materialeigenschaften gezielt nutzen, um daraus semi-autonom agierende Mikroroboter für Anwendungen in der Biomedizin zu entwickeln.» – Auch wenn die Mikroschwimmer eine Zukunftsvision sind und derzeit nur unter Laborbedingungen funktionieren, wird die Grundlagenforschung den Weg ebnen hin zu lichtgesteuerten und biokompatiblen Materialien sowie zu intelligenten halbautonomen Systemen. volumes de pores et des surfaces internes offrant beaucoup de place au chargement, tout en surmontant les habituelles limitations de la propulsion lumineuse en présence d’ions. Une adaptation supplémentaire de la structure moléculaire du matériau peut permettre des interactions contrôlées avec une charge médicamenteuse, sans qu’il soit nécessaire d’encapsuler spécialement les médicaments. À l’avenir, nous pourrons utiliser les propriétés optoélectroniques du matériau de manière ciblée pour concevoir des microrobots semi-autonomes servant à des applications biomédicales. » – Bien que les micro-nageurs soient une vision d’avenir et ne fonctionnent actuellement que dans des conditions de laboratoire, la recherche fondamentale ouvrira la voie à des matériaux contrôlés par la lumière et biocompatibles ainsi qu’à des systèmes semi-autonomes intelligents.

Mortui vivos docent

–nunmehr auch digital désormais aussi par voie virtuelle

Reale Leichen digital zu sezieren, hört sich erst einmal nach einem Widerspruch an. Doch möglich macht das der Anatomage Table 8. Studierende können so die Anatomie eines Leichnams analysieren und alle Prozessschritte beliebig wiederholen.

Der Anatomage Table integriert als digitales Sektionsinstrument erstmals die Sektion eines realen Leichnams. Der Sektionstisch enthält vier digitale menschliche Ganzkörperleichname als Grunddaten. Deren Strukturen können ein- und ausgeschaltet werden, in 3D gedreht und unendlich oft geschnitten werden.

Die Universität Heidelberg kombiniert in ihrer Ausbildung mehrere Ausführungen eines Anatomage Table mit herkömmlichen Sektionstischen und realen Leichen. «Jeder Körperspender wird unter Verwendung unseres hausinternen Computertomographen gescannt. Die DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) der Körperspender können mit dem Anatomage Table geöffnet und analysiert werden. Die 3D-Bildberechnungen in hochauflösender Qualität ermöglichen fotorealistische Veranschaulichung des Zellgewebes des Körpers. Sie sind etwa für die Darstellung des BlutDisséquer virtuellement des cadavres réels semble a priori contradictoire. C’est pourtant ce que permet la table Anatomage 8. Cette table de dissection virtuelle permet aux étudiants d’explorer l’anatomie d’un cadavre et de répéter à volonté toutes les étapes de dissection.

Véritable outil de dissection virtuelle, la table Anatomage intègre pour la toute première fois la dissection d’un cadavre réel. La table de dissection comporte quatre corps humains virtuels entiers comme données de base. Leurs structures peuvent être affichées ou non, être pivotées en 3D et être découpées à l’infini.

Dans le cadre de l’enseignement prodigué, l’université de Heidelberg combine plusieurs versions d’une table Anatomage avec des tables de dissection traditionnelles et des cadavres réels. « Chaque donneur de corps est scanné à l’aide de notre scanner interne. Les données DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) des donneurs de corps peuvent être ouvertes et analysées à l’aide de la table Anatomage. Les images 3D en haute résolution permettent de visualiser les tissus cellulaires du corps de manière très réaliste. Elles sont par exemple très utiles pour représenter la circulation sanguine. Des

kreislaufs von grossem Nutzen. Darüber hinaus arbeiten medizinische Berufe wie das Pflegepersonal oder Physiotherapeuten mit dem System, um ihr Wissen praktisch zu veranschaulichen», erläutert Dr. Sara Doll vom Institut für Anatomie und Zellbiologie. Mithilfe des Tisches machen sie die Studierenden mit den anatomischen Strukturen vor einer echten Sektion vertraut und trainieren sie.

Ausserdem können digitale Skalpelle verwendet werden, diese bieten die Möglichkeit, jeden der Leichname mehrere Male zu sezieren. In Echtzeit kann die Anatomie analysiert werden und dabei von Schicht zu Schicht vorangeschritten werden. Alle Prozessschritte können wieder digital zurückgesetzt und erneut vorgenommen werden. Anatomische Strukturen können von jeder Ansicht aus veranschaulicht werden. Der Anatomage Table kann auch mit dem Internet verbunden werden. Dies macht es Nutzern möglich, auch von zu Hause aus eine Online-Interaktion durchzuführen. Die Lehrkräfte können damit online interaktive, medizinische Vorlesungen einzeln oder in Gruppen durchführen und das Verständnis durch das gemeinsame Absolvieren virtueller Sektionen deutlich verbessern. professions médicales telles que le personnel soignant ou les masseurs-kinésithérapeutes utilisent également ce système afin d’illustrer leurs connaissances de manière pratique », explique le Dr Sara Doll de l’Institut d’anatomie et de biologie cellulaire. Grâce à la table, les étudiants se familiarisent et s’entraînent avec les structures anatomiques avant de pratiquer une véritable dissection.

Il est également possible d’utiliser des scalpels virtuels, ce qui permet de disséquer plusieurs fois chacun des cadavres. L’anatomie peut être analysée en temps réel, avec une progression couche par couche. Il est possible de réinitialiser le processus et de recommencer virtuellement toutes les étapes. Les structures anatomiques peuvent être visualisées depuis n’importe quelle perspective. La table Anatomage peut également être connectée à internet, ce qui permet aux utilisateurs d’interagir en ligne depuis chez eux. Les enseignants peuvent ainsi dispenser des cours interactifs de médecine en ligne, en individuel ou en groupe, et améliorer considérablement la compréhension par le biais de dissections virtuelles réalisées conjointement.