Die Hoffnung für Paare ist winzig. Und sie sieht aus wie ein Schräubchen. Etwa zehn Mikrometer klein: ein helixförmiges Fahrzeug aus Polymer – so bemessen, dass ein Spermium genau reinpasst. Von hinten soll es sich einer Samenzelle nähern, sie erfassen und sie so ohne Umwege zur Eizelle einer Frau bringen. Einmal am Ziel angekommen, stößt der Minitransporter das Spermium ab, es befruchtet die Eizelle – und die Zeugung ist perfekt.

Wer jetzt an Nanobots denkt, liegt falsch. Das Gerät ist kein autonomer Roboter, sondern ein Mikromotor. Der wird mithilfe eines Magnetfelds angetrieben und gesteuert und soll schwimmunfähigen Spermien als Antrieb dienen: Spermbot nennen Forscher dieses winzige Fahrzeug für Samenzellen. Noch funktioniert das nur im Labor – und auch nur mit Rinderzellen. Entwickelt haben die Methode Oliver G. Schmidt, Mariana Medina-Sánchez und ihr Team am Institut für Integrative Nanowissenschaften des Leibniz-IFW Dresden und an der TU Chemnitz.

Heute bekommt der Physiker Schmidt für seine herausragende Forschung den renommierten Leibniz-Preis. Das Ziel der Spermbot-Entwickler: mithilfe der Mikromotoren eines Tages die künstliche Befruchtung in vitro, also im Glas, ersetzen.

Ein Fahrzeug für Spermien, die kaum schwimmen können

Dass Hilfe bei der Befruchtung grundsätzlich nötig ist, zeigt ein Blick in die Statistik: Allein in Deutschland sind mindestens 15 Prozent der Paare ungewollt kinderlos. In etwa der Hälfte der Fälle liegt das Problem beim Mann. Zu den häufigsten Ursachen gehören, dass die Hoden zu wenig Spermien produzieren (laut Weltgesundheitsorganisation sollten im Ejakulat mindestens 39 Millionen enthalten sein) oder die Spermien zu unbeweglich sind, um die Eizelle gut zu erreichen.

Vor allem Männern mit letzterem Problem könnten die Mikromotoren helfen. Eine Studie dazu veröffentlichten die Forscher im Magazin Nano Letters (Schmidt, Medina-Sànchez et al., 2016).

Bisher experimentierten die Forscherinnen und Forscher in Dresden mit Spermien von Rindern, da diese den menschlichen in Form und Größe sehr ähneln. Mithilfe eines speziellen Verfahrens, dem Hypoosmotic-Swelling-Test, können die Forscher intakte (aber unbewegliche) von beschädigten Spermien unterscheiden. Die Spermbots sind magnetisch und drehen sich wie ein Schiffsmotor um die eigene Achse. Im besten Fall erreichen sie Geschwindigkeiten von etwa 20 Mikrometer pro Sekunde. Zum Vergleich: Gesunde Spermien sind bis zu 70 Mikrometer pro Sekunde schnell. Allerdings ist Vorsicht geboten: Die Helix darf dem Kopf des Spermiums nicht schaden – sonst wird das Erbgut darin unbrauchbar. Hat alles geklappt, lässt sich der Mikromotor samt Passagier zur Eizelle befördern. Wie gut das funktioniert, zeigen die Forscher in einem Video.

Und was ist mit der klassischen künstlichen Befruchtung?

Aber warum ist so ein Verfahren nötig? Schließlich gibt es andere, bewährte Methoden, Eizellen künstlich zu befruchten. Im Falle von immobilen Spermien wird derzeit die Intrazytoplasmatischen Spermieninjektion, kurz ICSI, angewandt. Dabei werden sowohl der Frau als auch dem Mann Keimzellen entnommen. Im Labor werden dann ausgewählte Spermien in die Eizelle gespritzt. So kam es 2015 zu etwa 65.000 künstlichen Befruchtungen mit Keimzellen, die am selben Tag entnommen wurden. In etwa 75 Prozent der Fälle nutzen Forscher dabei das ICSI-Verfahren (Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie, Deutsches IVF Register 2017).

Reproduktionsbiologin Verena Nordhoff ist von der Methode überzeugt: "Es ist ein bewährtes Verfahren, wir nutzen es seit mehr als 20 Jahren", sagt sie. "So sind schon viele gesunde Kinder geboren worden." Nordhoff forscht an der Wilhelms-Universität Münster.

Allerdings ist das Verfahren der ICSI für die Frau nicht sonderlich angenehm. Schließlich müssen ihr Eizellen mit einer winzigen Nadel entnommen und nach der Befruchtung im Labor wieder eingesetzt werden. Zudem muss sie sich im Voraus einer hormonellen Stimulation unterziehen, damit genügend Eizellen reifen. Laut dem Deutschen In-Vitro-Fertilisationsregister (Jahresbericht als PDF) wurden 2016 knapp 49.000 Frauen mit der ICSI-Methode behandelt. Die Befruchtungsrate in der Petrischale lag dabei bei knapp 95 Prozent, was noch nicht bedeutet, dass es nach dem Einsetzen der Eizelle in die Gebärmutter mit einer Schwangerschaft klappt: Zu der kam es in etwa 28 Prozent der Fälle. In vier von fünf Fällen wurde tatsächlich ein Baby geboren (Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie, Deutsches IVF-Register 2017). Mit zunehmendem Alter der Frau sinkt allerdings auch die Wahrscheinlichkeit, dass es mit dem Nachwuchs durch künstliche Befruchtung klappt.