Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erstes langzeitstabiles Hirnimplantat auf Basis einer entzündungshemmenden Beschichtung entwickelt

05.04.2017

Um Hirnströme direkt im Schädelinneren auszulesen und zu beeinflussen, sind komplexe neurotechnische Geräte nötig. Während es mittlerweile relativ einfach ist, diese zu implantieren, stellt es Forschende noch vor Herausforderungen, sie in lebenden Organismen für längere Zeit funktionsfähig zu halten. Mit einem Verfahren aus Freiburg könnte sich das ändern:

Einem Forschungsteam ist es gelungen, eine Mikrosonde herzustellen, die mithilfe einer medikamentösen Beschichtung entzündungsfrei in Nervengewebe einwächst und nach zwölf Wochen noch volle Signalstärke liefert.


Im oberen Teil der Abbildung ist eine vergrößerte Aufnahme der in Freiburg hergestellten Mikrosonde zur Stimulation und gleichzeitigen Datengewinnung zu sehen. Unten ein Querschnitt der Beschichtung aus dem Polymer PEDOT, in das ein entzündungshemmendes Medikament eingespeichert ist, dass durch Anlegen von negativer Spannung freigesetzt werden kann.

Quelle: Christian Böhler, Maria Asplund

Da solche Implantate seltener ersetzt werden müssten, könnten sie bessere Diagnosemöglichkeiten eröffnen und chronisch Betroffenen das Leben erleichtern – etwa Parkinsonpatientinnen und -patienten, die mit Hirnstimulation behandelt werden müssen. Die Studie ist im Journal „Biomaterials“ erschienen und basiert auf früheren Forschungsarbeiten der Gruppe zu leit- und speicherfähigen Kunststoffen.

An der Arbeit waren der Mikrosystemtechniker Christian Böhler aus der Nachwuchsforschungsgruppe von Dr. Maria Asplund im Exzellenzcluster BrainLinks-BrainTools, Prof. Dr. Thomas Stieglitz, Professur für Biomedizinische Mikrotechnik am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), und Prof. Dr. Ulrich G. Hofmann, Sektion Neuroelektronische Systeme an der Klinik für Neurochirurgie des Universitätsklinikums Freiburg, beteiligt.

„Die meisten bidirektionalen Neuroimplantate, also solche, die zur Messung und gleichzeitigen Stimulation eingesetzt werden, erkennt das Immunsystem nach einer Weile als Fremdkörper. Dadurch wird ihre Funktionsweise so eingeschränkt, dass sie nach einigen Wochen kaum noch Signale verarbeiten“, sagt Böhler. Die Nachwuchsforschungsgruppe hat gezeigt, dass flexible Mikrosonden aus so genannten Polyimiden Vorteile gegenüber Implantaten beispielsweise aus Silizium bieten.

„Jedoch können auch damit Entzündungsreaktionen auftreten, die die Elektroden unbrauchbar machen oder sogar eine Entfernung des Implantats nach sich ziehen“, ergänzt Asplund. In ihrer Studie zeigten die Forschenden nun am Tiermodell, dass diese Begleiterscheinungen durch eine spezielle Beschichtung der Elektroden auf dem Polyimid-Implantat auch nach längerer Zeit ausbleiben.

Die Beschichtung der Elektroden besteht aus dem Polymer PEDOT, das Medikamente speichern und beim Anlegen von negativer Spannung wieder freisetzen kann – in diesem Fall das entzündungshemmende Präparat Dexamethason. „Auf diese Weise können wir das Medikament direkt um das Implantat herum ausschütten, die Dosierung regulieren und den Zeitpunkt seiner Verabreichung bestimmen“, erläutert Böhler.

Im Vergleich zu einer herkömmlichen Einnahme sind so eine deutlich geringere Dosierung nötig und eine lokal begrenzte Wirkung möglich. Dadurch werden unerwünschte Effekte des Medikaments reduziert. Bereits Anfang 2016 hatte das Team gezeigt, dass PEDOT ideale Eigenschaften als Medikamententräger besitzt (www.pr.uni-freiburg.de/pm/2016/pm.2016-02-19.22).

„Mit unserer Studie können wir die Überlegenheit von flexiblen Mikrosonden gegenüber anderen Bauweisen untermauern“, bilanziert Asplund. Das Implantat der Freiburger Mikrosystemtechnik halte zudem länger: „Wir stehen vor dem Anbruch einer neuen Generation von neuronalen Schnittstellen. Endlich können wir durch unsere Beschichtungsmethode langlebigere Mikrosonden bauen“, ist sich Böhler sicher.

Mit dem System könnten vielversprechende Wege in der Langzeitbehandlung beispielsweise mit tiefer Hirnstimulation eingeschlagen werden. Besonders profitieren würden davon Patienten, deren nervlicher Zustand nicht nur regelmäßiger Stimulation, sondern auch einer engmaschigen Messung und Überwachung bedarf. Das können Parkinson- und Epilepsiepatienten genauso wie Menschen mit Zwangserkrankungen oder schwerer Depression sein.

Originalveröffentlichung:
C. Böhler, C. Kleber, N. Martini, Y. Xie, I. Dryg, T. Stieglitz, U.G. Hofmann & M. Asplund (2017): Actively Controlled Release of Dexamethasone from neural microelectrodes in a chronic in vivo study, In: Biomaterials 129, S. 176-187.

Kontakt:
Christian Böhler
Nachwuchsforschungsgruppe BioEPIC
Institut für Mikrosystemtechnik – IMTEK
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-67375
E-Mail: christian.boehler@imtek.de

Levin Sottru
Wissenschaftskommunikation
Exzellenzcluster BrainLinks-BrainTools
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-67721
E-Mail: sottru@blbt.uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2017/schichtarbeit?set_language=de

Rudolf-Werner Dreier | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen
20.11.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Wie sich ein Kristall in Wasser löst
20.11.2018 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

Max-Planck-Forscher entdecken die Nanostruktur von molekularen Zügen und den Grund für reibungslosen Transport in den „Antennen der Zelle“

Eine Zelle bewegt sich ständig umher, tastet ihre Umgebung ab und sendet Signale an andere Zellen. Das ist wichtig, damit eine Zelle richtig funktionieren kann.

Im Focus: Nonstop Tranport of Cargo in Nanomachines

Max Planck researchers revel the nano-structure of molecular trains and the reason for smooth transport in cellular antennas.

Moving around, sensing the extracellular environment, and signaling to other cells are important for a cell to function properly. Responsible for those tasks...

Im Focus: InSight: Touchdown auf dem Mars

Am 26. November landet die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. Erstmals wird sie die Stärke und Häufigkeit von Marsbeben messen.

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück...

Im Focus: Weltweit erstmals Entstehung von chemischen Bindungen in Echtzeit beobachtet und simuliert

Einem Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, Universität Paderborn, und Prof. Dr. Martin Wolf, Fritz-Haber-Institut Berlin, ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben weltweit zum ersten Mal und „in Echtzeit“ die Änderung der Elektronenstruktur während einer chemischen Reaktion beobachtet. Mithilfe umfangreicher Computersimulationen haben die Wissenschaftler die Ursachen und Mechanismen der Elektronenumverteilung aufgeklärt und visualisiert. Ihre Ergebnisse wurden nun in der renommierten, interdisziplinären Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

„Chemische Reaktionen sind durch die Bildung bzw. den Bruch chemischer Bindungen zwischen Atomen und den damit verbundenen Änderungen atomarer Abstände...

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Personalisierte Implantologie – 32. Kongress der DGI

19.11.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz diskutiert digitale Innovationen für die öffentliche Verwaltung

19.11.2018 | Veranstaltungen

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

19.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Für eine neue Generation organischer Leuchtdioden: Uni Bayreuth koordiniert EU-Forschungsnetzwerk

20.11.2018 | Förderungen Preise

Nonstop-Transport von Frachten in Nanomaschinen

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie sich ein Kristall in Wasser löst

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics