US-Wissenschaftlern ist es gelungen, ein besonderes Kommunikationssystem zu entwickeln. Es kann Informationen zwischen einer bioelektronischen Schnittstelle, die in lebende Zellen eingebettet wird, und einem konstruierten mikrobiellen Netzwerk, einem Internet of Bio Nano Things (IoBNT), austauschen.

Was wäre, wenn beispielsweise Sensoren ein aktives Virus in einem Menschen erkennen und ihn in Echtzeit warnen könnten? Oder was wäre, wenn ein Diabetespatient eine ähnliche Technologie nutzen könnte, um eine Dosis Insulin zu erhalten, sobald sein Blutzuckerspiegel ansteigt?

Bislang standen die Entwickler trotz rasanter Fortschritte im Wearable-Bereich vor einer großen Hürde, solche Technologie-Lösungen zu realisieren. Das lag daran, dass mikroelektronische Geräte Elektronen bereitstellen, die in biologischen Systemen nicht existieren. Das heißt, es bestand eine große Kluft zwischen der Mikroelektronik und der biologischen Welt.

Doch das ist jetzt mittlerweile Geschichte. Wissenschaftlern ist es gelungen, ein mikrobielles Netzwerk zu kreieren, das mithilfe sogenannter Redox-Moleküle Elektronen an jeden Ort des Körpers transportieren kann. Ein solches elektronisch kontrolliertes und biologisch-lokales Netzwerk wird als BioLAN bezeichnet. BioLANs sind vor allem dazu fähig, an ein externes elektronisches IT-System anzudocken, um biologische Funktionen in Echtzeit abzufragen und zu steuern.

Das heißt, ein BioLAN erhält Informationen, die über einen elektronischen Input eingespeist werden und wandelt sie dann in eine biologische Reaktion um. Auf diese Weise kann über das BioLAN die Initiierung und Abgabe eines Therapeutikums erfolgen. Des Weiteren ist es möglich, dass das BioLAN gentechnisch veränderte Bakterienzellen anweisen kann, beispielsweise den sogenannten Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktor (GM-CSF) zu erzeugen. Dabei handelt es sich um ein Therapeutikum, das zur Behandlung von Morbus Crohn und mehreren immunologischen Erkrankungen verwendet wird.

Kann man IoT-Daten bald als DNA speichern?

Die IoBNT-Architektur ist eine erweiterte Version des Paradigmas des Internet der Dinge (IoT). Dabei nutzt das IoBNT das IT-Backbone des IoT. Wobei die im IoBNT verwendeten Sensoren und IT-Technologien zur molekularen Kommunikation natürlich im Nanobereich dimensioniert sein sollen. Ferner muss für die erfolgreiche Implementierung eines IoBNT gewährleistet sein, dass heterogene Geräte über einige Schnittstellen zwischen dem elektronischen Bereich des Internets und dem biochemischen Bereich auf Nano- bis Makroebene kooperieren können.

Dabei wird beispielsweise ein biochemisches Signal aus dem Inneren des menschlichen Körpers über eine Bio-Cyber-Schnittstelle in ein elektromagnetisches Signal umgewandelt und über Bluetooth oder eine gleichwertige Technologie an einen medizinischen Server zur weiteren Analyse und Verarbeitung übertragen. Die Hauptelemente eines solchen IoBNT-Kommunikationsnetzes umfassen im Wesentlichen Bio-Nano-Things, ein Nano-Netzwerk, eine Bio-Cyber-Schnittstelle, Gateway-Geräte und einige medizinische Server. Was sich hinter den einzelnen Begriffen verbirgt, erläutern wir nachfolgend.

Nano-Netzwerk Ein Nano-Netzwerk besteht aus mehreren sehr winzigen Nano-Geräten beziehungsweise Bio-Nano-Things wie beispielsweise Nano-Maschinen, Nano-Sendern, Nano-Empfängern, Nano-Routern und Nano-Schnittstellen. Diese Nano-Netzwerke werden im Allgemeinen in den menschlichen Körper oral oder durch Injektion eingebracht, um in vivo, also im lebenden Organismus, biomedizinische Anwendungen auszuführen. Zur Erfüllung dieser Aufgaben der Datenerfassung und –verwendung müssen die einzelnen Nano-Geräte untereinander agieren.

Bio-Nano-Things Diese Nano-Geräte sind nicht nur Rechenmaschinen, die auf wenige Nanometer verkleinert wurden. Auch nutzen diese Geräte die einzigartigen Eigenschaften von Nanozellen und Nanopartikeln, um neue Arten von Phänomenen zu erkennen und zu messen. So können Nano-Geräte beispielsweise chemische Verbindungen oder das Vorhandensein verschiedener Infektionserreger wie schädliche Viren oder Bakterien nachweisen.

Dabei muss man zwischen elektronischen und biologischen Nano-Geräten unterscheiden. Die elektronischen Nano-Geräte verwenden beispielsweise neuartige Nanotechnologie-Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen-Nanobänder. Die biologischen Nano-Geräte werden mit den Instrumentarien der Nanotechnologie und der synthetischen Biologie entwickelt.

Biologische Nano-Bauteile können beispielsweise durch Reprogrammierung biologischer Materialien wie Zellen, Viren, Bakterien, rote Blutkörperchen oder Stammzellen hergestellt werden. Das Material, aus dem die Nano-Geräte bestehen, kann rein biologisch sein oder aus nicht-biologischen Materialien wie magnetischen Partikeln und Goldnanostäbchen synthetisiert werden.

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Es ist für uns eine Selbstverständlichkeit, dass wir verantwortungsvoll mit Ihren personenbezogenen Daten umgehen. Sofern wir personenbezogene Daten von Ihnen erheben, verarbeiten wir diese unter Beachtung der geltenden Datenschutzvorschriften. Detaillierte Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Ich bin damit einverstanden, dass die Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planckstr. 7-9, 97082 Würzburg einschließlich aller mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen (im weiteren: Vogel Communications Group) meine E-Mail-Adresse für die Zusendung von redaktionellen Newslettern nutzt. Auflistungen der jeweils zugehörigen Unternehmen können hier abgerufen werden.

Der Newsletterinhalt erstreckt sich dabei auf Produkte und Dienstleistungen aller zuvor genannten Unternehmen, darunter beispielsweise Fachzeitschriften und Fachbücher, Veranstaltungen und Messen sowie veranstaltungsbezogene Produkte und Dienstleistungen, Print- und Digital-Mediaangebote und Services wie weitere (redaktionelle) Newsletter, Gewinnspiele, Lead-Kampagnen, Marktforschung im Online- und Offline-Bereich, fachspezifische Webportale und E-Learning-Angebote. Wenn auch meine persönliche Telefonnummer erhoben wurde, darf diese für die Unterbreitung von Angeboten der vorgenannten Produkte und Dienstleistungen der vorgenannten Unternehmen und Marktforschung genutzt werden.

Falls ich im Internet auf Portalen der Vogel Communications Group einschließlich deren mit ihr im Sinne der §§ 15 ff. AktG verbundenen Unternehmen geschützte Inhalte abrufe, muss ich mich mit weiteren Daten für den Zugang zu diesen Inhalten registrieren. Im Gegenzug für diesen gebührenlosen Zugang zu redaktionellen Inhalten dürfen meine Daten im Sinne dieser Einwilligung für die hier genannten Zwecke verwendet werden.

Mir ist bewusst, dass ich diese Einwilligung jederzeit für die Zukunft widerrufen kann. Durch meinen Widerruf wird die Rechtmäßigkeit der aufgrund meiner Einwilligung bis zum Widerruf erfolgten Verarbeitung nicht berührt. Um meinen Widerruf zu erklären, kann ich als eine Möglichkeit das unter https://support.vogel.de abrufbare Kontaktformular nutzen. Sofern ich einzelne von mir abonnierte Newsletter nicht mehr erhalten möchte, kann ich darüber hinaus auch den am Ende eines Newsletters eingebundenen Abmeldelink anklicken. Weitere Informationen zu meinem Widerrufsrecht und dessen Ausübung sowie zu den Folgen meines Widerrufs finde ich in der Datenschutzerklärung, Abschnitt Redaktionelle Newsletter.

Bio-Cyber-Schnittstelle Solche Schnittstellen wandeln elektrische Signale, die als Befehle von einem Server des Gesundheitsdienstleisters empfangen werden, in biochemische Signale um, die von körpereigenen Nano-Netzwerken verstanden werden und umgekehrt.

Gateway-Geräte Gateway-Geräte sind beispielsweise Smartphones, Tablets, Laptops oder Minicomputer, die als Relaisgerät zwischen Sensoren und dem Internet fungieren. Sie unterstützen die Mobilität der Patienten und gewährleisten einen effizienten Signalempfang von Technologien mit geringer Reichweite (beispielsweise NFC, RFID, Bluetooth LE).

Medizinischer Server In einem medizinischen Server werden alle vom Körper des Patienten gesammelten und gesendeten Sensordaten gespeichert, analysiert und verarbeitet. Dieser Server kann als Terminal für die Echtzeit- und kontinuierliche Gesundheitsüberwachung fungieren, wo mögliche Notfallsituationen durch das Senden von Warnmeldungen entschärft werden können.

Künstliche Intelligenz in der Medizin

Bio-kompatible KI-Plattform implantiert in den Menschen

Die Fortschritte in der synthetischen Biologie und der Nanotechnologie haben dazu beigetragen, dass die Struktur von Zellen kontrolliert, wiederverwendet, verändert und neugestaltet werden können. Dadurch lassen sich Zellen effektiv als programmierbare Substrate nutzen, um Bio-Nano-Things beispielsweise als körpereigene Sensor- und Antriebsnetze zu realisieren.

Nanoskalige Geräte können unter anderem in den Bereichen der kontinuierlichen Gesundheitsüberwachung, der gezielten Verabreichung von Arzneimitteln und in der Nanochirurgie viel Nutzen stiften.

Doch Vorsicht: Da IoBNT-Anwendungen Zugriffe auf den menschlichen Körper ermöglichen, sind hinreichende Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, um die Konsequenzen eines Cyberangriffs auszuschließen.

Internet of Bio Nano Things

Wichtige Fortschritte, die den 3D-Biodruck vorantreiben

Impressum Cookie-Manager Datenschutz AGB Hilfe Mediadaten Autoren

Copyright © 2022 Vogel Communications Group

Diese Webseite ist eine Marke von Vogel Communications Group. Eine Übersicht von allen Produkten und Leistungen finden Sie unter www.vogel.de

Microsoft; TU Dresden; gemeinfrei; NetModule; TXOne Networks; ArtemisDiana - stock.adobe.com; metamorworks - stock.adobe.com; Fraunhofer IPA; © mari1408 - stock.adobe.com; Axtra3D / Riccardo Quarti ; Hochschule Osnabrück; Alpha-Omega Technology; Vogel Communications Group; Navya; Classiq