Dr. Michael Jobst, ein Spezialist für kolorektale Chirurgie, führt am 10. Februar 2024 den ersten chirurgischen Roboterschnitt auf der Internationalen Raumstation durch, bei dem Gummibänder als Ersatz für menschliches Gewebe verwendet wurden. Jobst bediente spaceMIRA (Miniaturisierter In-Vivo-Roboter-Assistent) von Lincoln, Nebraska, aus am Hauptsitz von Virtual Incision, dem privaten Unternehmen, das den Roboter in Zusammenarbeit mit der University of Nebraska-Lincoln entwickelt hat. Überwacht wird die simulierte Operation von Shane Farritor, dem Mitbegründer von Virtual Incision, der auch Professor für Ingenieurwesen ist. (Bildnachweis: University of Nebraska-Lincoln/Craig Chandler)
Ein Schnitt durch Gummibänder könnte einen neuen Weg für Weltraumchirurgen ebnen.
Ein Roboter auf der Internationalen Raumstation (ISS), der von einem großen Team auf der Erde ferngesteuert wird, simulierte am 10. Februar chirurgische Schnitte – eine historische Premiere für die Weltraummedizin. Die Astronauten sagen, dass diese Arbeit ihnen helfen wird, weiter von der Erde weg zu fliegen als je zuvor.
Ein Eingriff wie die Behandlung einer Blinddarmentzündung, bemerkte die NASA-Astronautin Jasmin Moghbeli während einer Telefonkonferenz mit Reportern am Mittwoch (21. Februar), „kann eine große Sache sein, wenn man weit weg von zu Hause ist und keinen Chirurgen an Bord hat.“
Die Besatzungen fliegen zwar mit Ärzten an Bord, aber nicht jeder Arzt ist auf jedes System des menschlichen Körpers spezialisiert, sagte sie in dem Chat zwischen Weltraum und Erde. „Diese (Roboter-)Operationen“, fügte Moghbeli hinzu, „werden uns in die Lage versetzen, länger dauernde Missionen zu unternehmen, die weiter von der Erde entfernt sind. Es ist also ein echter Wendepunkt.“
Der mächtige Roboter, der die simulierte Operation durchführt, trägt den Namen spaceMIRA oder „Miniaturisierter in vivo Roboter-Assistent“. Das 0,9 Kilogramm schwere Gerät flog Anfang dieses Jahres an Bord des Cygnus-Raumschiffs von Northrop Grumman zur ISS.
Der zweiarmige Roboter wird von Virtual Incision entwickelt, einem Start-up, das von Fakultätsmitgliedern der University of Nebraska Medical Center und der University of Nebraska-Lincoln gegründet wurde. Und er ist Teil einer umfangreichen medizinischen Forschung, die die NASA vorantreiben will, um mit Artemis 3 bereits 2026 Menschen auf dem Mond zu landen und eventuell auch den Mars zu erforschen.
Das von der NASA geleitete Artemis-Programm zielt darauf ab, eine Operationsbasis am Südpol des Mondes einzurichten, aber wie in jeder abgelegenen Umgebung werden die Astronauten nicht in der Lage sein, schnell nach Hause zu fliegen, wenn ein medizinischer Notfall eintritt. SpaceMIRA zeigt, dass es möglich sein könnte, die kleinen Zeitverzögerungen in der Umlaufbahn zu umgehen; vielleicht könnte diese Fähigkeit auch auf die Zwei-Sekunden-Kommunikationslücke auf dem Mond ausgedehnt werden, sagte NASA-Administrator Bill Nelson während der Telefonkonferenz mit der ISS.
„Das klingt wirklich nach einem fantastischen Durchbruch, dass ein Chirurg auf der Erde trotz einer Verzögerung von etwa einer halben Sekunde eine Operation auf der ISS durchführen kann“, sagte Nelson, der im Januar 1986 mit dem Space Shuttle STS-61C geflogen war, als er sich als US-Politiker mit Weltraumfragen beschäftigte.
NASA-Astronaut Loral O’Hara installiert den spaceMIRA (Miniaturisierter In-Vivo-Roboter-Assistent) an Bord der Internationalen Raumstation. (Bildnachweis: NASA)
SpaceMIRA schaffte es zur ISS, zum großen Teil dank eines Preises in Höhe von 100.000 Dollar, der der University of Nebraska-Lincoln durch das Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR) des US-Energieministeriums verliehen wurde. Die Doktorandin Rachael Wagner leitete das Projekt und war die erste Frau, die spaceMIRA am 10. Februar in der Umlaufbahn bediente.
Der Weltraumroboter folgt auf jahrelange Tests einer irdischen Version, die einfach als MIRA bekannt ist und chirurgische Fähigkeiten in einem kleinen Gerät bieten soll. Die Weltraumversion ermöglicht „sowohl vorprogrammierte als auch ferngesteuerte Operationsmodi“, wie die Universität kürzlich mitteilte.
Bei der simulierten Weltraumoperation wurde spaceMIRA mit einer Schere ausgestattet, um Gummibänder auf der ISS zu durchtrennen. Mehrere verschiedene Chirurgen übernahmen die Steuerung vom Hauptsitz von Virtual Incision in Lincoln, Nebraska. Um die ISS zu erreichen, war ein gewisses zwischenstaatliches Gerangel erforderlich; die Kommunikation zur ISS wurde über das Nutzlastbetriebszentrum der NASA im Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, abgewickelt.
MIRA, das miniaturisierte robotergestützte Chirurgiesystem von Virtual Incision, ist in einer Position abgebildet, in der es Gummibänder erreicht, die als simuliertes chirurgisches Gewebe dienen. (Bildnachweis: NASA/Virtual Incision)
Das Chirurgenteam erlebte Lücken von zwei Dritteln bis zu einer Dreiviertelsekunde bei der Bedienung der Steuerelemente, die aber mit Erfahrung überwunden werden konnten. Den Anfang machte Michael Jobst, ein in Lincoln ansässiger Kolorektalchirurg. Zu seinen 15 Eingriffen mit MIRA auf der Erde gehörte eine klinische Studie aus dem Jahr 2021, bei der im Bryan Medical Center in Lincoln ein Teil des Dickdarms eines Patienten entfernt wurde.
„Man muss ein bisschen warten, bis die Bewegung stattfindet; es sind definitiv langsamere Bewegungen, als man sie im Operationssaal gewohnt ist“, sagte Jobst in der Erklärung der Universität über das Raumverfahren.
Jobst und andere Teilnehmer benutzten einen Bildschirm, der zeigte, was der Roboter in seiner versiegelten Arbeitsstation auf der ISS „sah“, und zwar auf einem Gestell im US-Labor Destiny, wo die NASA-Astronautin Loral O’Hara das Experiment Anfang Februar platzierte. Auf dem Bildschirm waren zehn Gummibänder zu sehen, die straff über Metallplatten gespannt waren.
Die Orientierungssitzung für spaceMIRA beinhaltete eine Warnung an die Chirurgen, die Seiten ihres Spinds zu meiden, damit sie ihren Roboterhelfer nicht beschädigen. Außerdem wurden sie aufgefordert, Trümmerteile zu minimieren, um das Risiko für die Astronauten zu verringern, so die Universitätsvertreter.
Dmitry Oleynikov, der Chefchirurg von Virtual Incision, gehörte zu den Personen, die das Weltraumverfahren ausprobierten. Als ein Beobachter scherzte, es sähe aus, als hätte Oleynikov das schon einmal gemacht, scherzte er: „Ich habe das noch nie im Weltraum gemacht!“
Die Roboteroperation ist nur eines von Dutzenden von wissenschaftlichen Experimenten an Bord der ISS. Andreas Mogensen, der Kommandant der Expedition 70 der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), hob den kürzlich erfolgten 3D-Druck von simuliertem menschlichem Gewebe in der BioFabrication Facility der RedWire Corp. als einen weiteren vielversprechenden Weg für die ferne Zukunft hervor.
„Vielleicht könnten wir Organe drucken, statt auf Organspender angewiesen zu sein“, überlegte Mogensen während des Telefonats mit Nelson und Reportern. „Viele Menschen auf der Erde sind auf Organspenden angewiesen, und leider ist das Angebot begrenzt.“
Anwendungen aus dem Weltraum können auch bei alternden Bevölkerungen helfen, darunter das MABL-A-Experiment (Microgravity Associated Bone Loss-A), bei dem untersucht wurde, wie sich die Mikrogravitation auf das Knochenmark und die Stammzellen auswirkt, sagte Jasmin Moghbeli von der NASA. Moghbeli selbst arbeitete letzte Woche auf der ISS an dem MABL-A-Experiment.
„Wenn wir die Mechanismen verstehen, die zur Vorbeugung und möglicherweise sogar zur Behandlung von Knochenschwund eingesetzt werden können … gilt das direkt für den Knochenschwund beim Altern“, fügte Moghbeli hinzu. Die Vorbeugung von Knochenschwund ist auch der Grund, warum Astronauten täglich zwei Stunden im Orbit trainieren und Experimente zur Veränderung ihres Körpers durchführen, die der bettlägerigen oder älteren Erdbevölkerung helfen könnten.
