Die Pille ist kleiner als eine Kidneybohne und doch vollgestopft mit Elektronik. Sie enthält einen Computerchip, pH-Sensor, Temperaturfühler, eine Pumpe, Batterie, ein drahtloses Kommunikationssystem und einen winzigen Hohlraum für Medikamente. "Sie können sie herunterschlucken wie eine Vitaminpille", sagt Jeff Shimizu von Medimetrics, der die High-Tech-Kapsel in Eindhoven, Niederlande, präsentiert. Das mag befremdlich klingen, eröffnet aber neue Möglichkeiten für die Diagnose und Therapie von Krankheiten. "Wir wollen damit in Echtzeit Informationen aus dem Körper bekommen und Wirkstoffe nur dort zum Einsatz bringen, wo sie auch gebraucht werden", sagt der Forscher. Das könne Nebenwirkungen mildern, zum Beispiel bei der Therapie von chronischen Darmentzündungen oder Darmtumoren.
Während der Reise durch den Körper, die ungefähr so lange dauert wie eine Nonstop-Autofahrt von München nach Moskau, funkt die Pille unter anderem die aktuellen pH-Werte an ein Laptop und verrät damit, wo sie sich gerade befindet. Der pH-Wert steigt zum Beispiel sprunghaft an, wenn sie vom salzsauren Magen in den Dünndarm wandert und sinkt, wenn der Dickdarm mit seinen fettsäureproduzierenden Bakterien erreicht ist. Am gewünschten Ort pumpt die Pille dann die gewünschte Menge Medikamente heraus, entweder ferngesteuert von einem Rechner aus oder indem man sie vorher entsprechend programmiert.
Die Ankunft im Magen wird an ein Handy gemeldet
Zur Therapie ist die digitale Pille noch nicht zugelassen, doch Pharmaunternehmen nutzen sie schon seit vielen Jahren. Sie wollen mit ihrer Hilfe herausfinden, ob neue Medikamente nur aus dem Magen oder auch Stunden nach der Einnahme noch aus dem Dickdarm ins Blut übergehen. Von diesem Befund hängt ab, wie oft ein Mittel eingenommen werden muss. Die E-Pille der Niederländer ist nur eine Variante der sogenannten Smart Pills, die einmal Krankheiten diagnostizieren und therapieren sollen und denen Marktforscher gute Zukunftschancen zuschreiben. Aktuelle Studien prognostizieren Wachstumsraten um 20 Prozent bis zum Jahr 2020. Schon seit Anfang des Jahrtausends sind, vor allem in den USA, gekapselte Miniaturkameras in der Anwendung, die geschluckt werden und dann wie ein Endoskop Bilder aus dem Darmtrakt senden.
Auch brotkrümelkleine Siliziumchips des Gesundheitsdienstleisters Proteus im kalifornischen Redwood City sind seit ein paar Jahren einsatzbereit. Sie können an klassische Tabletten geheftet werden und funken deren Ankunft im Magen über ein Pflaster auf der Haut des Patienten an ein Handy. Auch Daten zu Blutdruck und Ruhepuls des Patienten werden gesendet.
Das Ziel ist, die regelmäßige Einnahme zu kontrollieren. Gerade bei Menschen mit psychischen Erkrankungen sei eine regelmäßige Medikamentengabe wichtig, werde aber oft nicht umgesetzt, heißt es auf der Internetseite des Unternehmens. Der Sensorchip ist auf einer Seite mit Magnesium, auf der anderen Seite mit Kupfer beschichtet. Kommen die beiden Metalle mit Magensäure in Kontakt, fließt ein Strom, und ein Signal wird gesendet.
Christopher Bettinger von der Carnegie Mellon Universität in Pittsburgh, USA, schwärmt vom Potenzial der elektronischen Pillen. "Der Darm enthält viele diagnostisch relevante Biomarker und Angriffspunkte für Therapien", sagt der Forscher, der kürzlich einen Übersichtsartikel zum Thema im Fachblatt Trends in Biology veröffentlicht hat. Allein die mikrobielle Zusammensetzung der Darmflora liefere Hinweise auf Krankheiten, etwa auf bakterielle Durchfallerkrankungen, Diabetes und Arteriosklerose. Zudem ließe sich eine gestörte Darmflora gezielt reparieren. Und im Fall von Darmtumoren, die ihre Aktivität durch pH-Wert-Änderungen verraten, könnten Arzneiwirkstoffe gezielt ausgebracht werden. Gesundes Gewebe bliebe verschont, und die Nebenwirkungen wären deutlich geringer.
Allerdings gibt es auch Risiken. Größere Kapseln mit konventioneller Elektronik etwa können im Darm steckenbleiben und müssen dann unter Umständen herausoperiert werden. Im Fall der Endoskopie-Kapseln liegt das Risiko bei knapp anderthalb Prozent. Das hat eine chinesische Studie ergeben, die 2010 im Fachblatt Gastrointestinal Endoscopy veröffentlicht wurde. Bettinger zufolge könnten flexiblere Materialien Abhilfe schaffen und solche, die sich irgendwann von selbst auflösen. Letzteres würde auch die Handhabung vereinfachen, denn mit konventioneller Elektronik bestückte Varianten gehören in den Elektroschrott und dürfen nicht einfach in der Toilette weggespült werden.
Ein implantierbarer Thermoregler kann Infektionsherde im Körper mit Hitze sterilisieren
Die Liste möglicher Ausgangssubstanzen für bioabbaubare Elektronik ist lang und reicht von diversen Mineralien, die etwa Bor, Magnesium, Phosphor oder Silizium enthalten, über Metalle wie Silber, Platin oder Gold, bis hin zu Naturprodukten wie Chitin oder Seide. Wissenschaftler der Universität Illinois etwa präsentierten vor drei Jahren einen seidenverpackten implantierbaren Thermoregler aus hauchdünnem Silizium und Magnesium, mit dem sich Infektionsherde lokal durch Hitze sterilisieren lassen und der sich binnen zwei Wochen auflöst.
Auch Bernhard Wolf von der Technischen Universität München ist überzeugt, dass schluckbare Elektronik bioabbaubar sein sollte. Mit Unterstützung der Heinz Nixdorf-Stiftung entwickelt er gerade eine "Nanopille", die hilft, Blutungen bösartiger Magentumore zu stoppen. "Sie bindet mit dem Eisen im Blut ab und bleibt an den blutenden Stellen regelrecht kleben", erklärt er. Die Pille enthalte nur körperverträgliche Substanzen und löse sich nach ein paar Wochen in den Magensäften auf. "Lediglich zwei sandkornkleine Siliziumchips werden unverändert ausgeschieden", sagt er. Für Mensch und Umwelt sei das unproblematisch. Die Nanopille kann außerdem Daten senden und empfangen, um den Verlauf der Behandlung zu dokumentieren. "In fünf Jahren könnte eine elektronische Pille zur Therapie von Magen- und Darmtumoren durchaus Realität sein", glaubt er.
Der Strom für die E-Pillen kann mithilfe von Magensäften bereitgestellt werden
Entscheidend für den Erfolg der E-Pillen ist nicht zuletzt die Stromversorgung. Die bioabbaubaren Batterien oder Brennstoffzellen müssen das Equipment für bis zu 20 Stunden mit Strom versorgen. Der US-Forscher Bettinger setzt dabei auf das Elektrodenmaterial Melanin, ein körpereigenes Pigment, das etwa für den Bräunungsgrad der Haut verantwortlich ist. Als Batterieflüssigkeit dienen die Verdauungssäfte. Bettinger glaubt, dass Pillen mit so einer Batterie in fünf bis zehn Jahren erstmals klinisch getestet werden können.
Derweil befeuern die Möglichkeiten der schluckbaren Digitaltechnik weiter die Fantasien der Entwickler. Ein israelisches Unternehmen wirbt um Investoren für eine Diätpille, die im Magen ein partikelgefülltes Netz auswirft, das mit einem Magneten an die Magenwand dirigiert wird und diese via Smartphone-Befehl zum Vibrieren bringt. Das voluminöse Netz soll die Kapsel für etwa drei Wochen im Magen halten, und die Elektrostimulation ein Sättigungsgefühl erzeugen. Selbst medizinferne Branchen liebäugeln mit E-Pillen. Ein Vertreter des Bezahldiensts PayPal sorgte im Frühjahr mit einem Vorschlag für Schlagzeilen, die gefunkten Körperdaten ließen sich als Passwortersatz nutzen. Doch konkrete Pläne, auch diese Vision in die Praxis umzusetzen, fehlen noch.