Regeneration mit nanoelektronischen organischen Implantaten
Die Behandlungskosten bei Querschnittslähmung und Krankheiten wie Parkinson sind immens. Um die Mobilität der Patienten wiederherzustellen, die Entzündung zu verringern und die Regeneration zu fördern entwickelte das Projekt IONE-FP7(öffnet in neuem Fenster) (Implantable organic nano-electronics) innovative implantierbare AMIDs mit biologisch abbaubaren Gerüsten, die von außen gesteuert werden können. IONE-RP7 entwickelte Methoden und Protokolle für In-vitro- und In-vivo-Tests, um Tierversuche zu minimieren und gleichzeitig das Gerätedesign zu optimieren. Für die systematische Optimierung und Skalierung des Prototypen für die In-vivo-Implantation wurden neue Fertigungswerkzeuge und Herstellungstechniken für das Prototyping eingesetzt. Die Forscher konnten dabei mehrere Durchbrüche verzeichnen, etwa beim extrazellulären Nachweis eines wellenartigen Kalziumstroms in Gliazellen. Die Forscher konstruierten einen organischen Nano-Feldeffekttransistor (NOMFET, nanoparticle organic memory field-effect transistor). NOMFETs erzeugen elektrische Signalmuster, die neuronalen Signalen ähneln und dadurch das Wachstum von Neuronen und Synapsen stimulieren. Vier solcher organischen FETs wurden in eine elektrochemisch gesteuerte Architektur (EGOFET) des AMIDs integriert. Die EGOFET fungiert nun als Wandler und Biosensor für Neurotransmitter und inflammatorische Zytokine. Die neue AMID umfasst eine biologisch abbaubare Poly-Milch-Glykolsäure mit ineinandergreifenden Goldelektroden zur entsprechenden Stimulation und Bildung mikrofluidischer Kanäle für den Wirkstofftransport. Die Tests erfolgten mit Minocyclin, da sich der Wirkstoff bereits in klinischen Phase-II-Studien bewährt hat. Die Wissenschaftler übertrugen mit gepulster elektrischer Stimulation über ein implantiertes AMID elektrische Signale zum peripheren motorischen Nerv an der SCI-Stelle. Auf diese Weise gelang es, die Muskelkontraktion im Beinmuskel anästhesierter paraplegischer Mäuse wiederherzustellen. Die Wirksamkeit der Behandlung und die entzündliche Reaktion wird über das Projektende hinaus geprüft, und zwar im Rahmen weiterer Forschungskooperationen zu implantierbaren organischen bioelektronischen Geräten. Das Projekt veröffentlichte in 3 Jahren 31 entsprechende Berichte. Die Ergebnisse wurden auf zwei Demonstrationsworkshops, mehreren Konferenzvorträgen, über Medien, auf einem internationalen Workshop und über die Webseite LinkedIn Forum(öffnet in neuem Fenster) vorgestellt. IONE-FP7 demonstrierte damit das enorme Potenzial von AMID-Systemen für die lokoregionale Therapie und Nervenregeneration, aber auch für andere Anwendungen im biomedizinischen Bereich, etwa Schmerztherapie, Anästhesie und bei neurodegenerativen Erkrankungen. Für die Ergebnisse wurde ein gemeinsames Patent beantragt und ein Bioelektronik-Start-up gegründet. Die erfolgreiche Umsetzung in die klinische Anwendung könnte damit vielen Menschen zugute kommen.
Schlüsselbegriffe
Nano-Elektronik, neurodegenerativ, aktives Multifunktionsgerät, Rückenmarksverletzung, neuronal
