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Camouflaging electronics in the brain with immobilized liquid coatings

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Ein innovatives Material, das der Entwicklung von neuroelektronischen Vorrichtungen auf die Sprünge hilft

Eine neu entwickelte glatte Beschichtung könnte das Trauma reduzieren, das auftritt, wenn neuronale Vorrichtungen chirurgisch in das Gehirn implantiert werden.

Gesundheit

Mehr als 165 Millionen Europäerinnen und Europäer leiden an einer Erkrankung des Gehirns, wie zum Beispiel Alzheimer, Parkinson, Epilepsie, Depression, den Folgen eines Schlaganfalls oder chronischer Migräne. Informationen der Europäischen Kommission zufolge leidet jeder dritte Mensch irgendwann im Leben einmal an einer neurologischen oder psychischen Erkrankung. Noch gibt es zwar für viele dieser Erkrankungen keine Heilung, doch im Hinblick auf die Diagnose- und Behandlungsmöglichkeiten hat es bereits immense Verbesserungen gegeben. Im Vordergrund steht dabei vor allem der Einsatz von Neuroelektronik, d. h. Medizinprodukten, die in das Gehirn implantiert werden, um die Hirnaktivität aufzuzeichnen und anzuregen. „Das Problem bei der neuronalen Elektronik ist, dass sie sehr invasiv ist und im umliegenden Gewebe Entzündungen auslöst“, so Alexandra Rutz, Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts BRAIN CAMO. „Das wiederum führt dazu, dass die Vorrichtung Schaden nimmt oder nicht mehr bestimmungsgemäß funktioniert.“ An der Universität Cambridge widmete sich Rutz mit Unterstützung im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen dem Ziel, dieses Problem zu bewältigen. Ihre Lösung: ein innovatives Material, das als effektive Barriere zwischen der implantierten Vorrichtung und dem umliegenden Gewebe eingesetzt werden könnte.

Potenzial bei glattem Material

Rutz konzentrierte ihre Forschungsanstrengungen auf den Einsatz von Beschichtungen mit immobilisierter Flüssigkeit. „Wir haben herausgefunden, dass dieses Material das Trauma, das durch das Einführen solcher Vorrichtungen in das Gewebe verursacht wird, verringert“, erklärt sie. „Das ist eine wichtige Erkenntnis, da die Reduzierung des chirurgischen Traumas dazu beitragen kann, Therapieergebnisse zu verbessern und das Risiko postoperativer Komplikationen zu verringern.“ Nach der Demonstration der Wirksamkeit brachte Rutz das Material bei bereits existierenden Vorrichtungen zur Anwendung. Diese Aufgabe erwies sich jedoch als schwierig. „Da das Material glatt ist, rutscht es beim Einführen in das Gewebe eben auch von der Vorrichtung“, merkt sie an. „Wir haben schließlich einen Haftvermittler aufgetragen, um die Beschichtung an der Vorrichtung zu halten, und konnten damit die nötige Stabilität erzielen, um sie problemlos einzuführen.“ Mit ihrer Forschungsarbeit leistete Rutz einen wertvollen Beitrag für die Entwicklung von neuer neuronaler Elektronik, die Gewebetraumata minimieren kann. „Diese Arbeit zeigt, dass auch die Oberflächeneigenschaften eine wichtige Materialbeschaffenheit sind, die bei der Entwicklung von biokompatiblen implantierbaren Vorrichtungen der nächsten Generation beachtet werden muss“, fügt sie hinzu.

Neue internationale Kontakte

Das Projekt brachte nicht nur bedeutende wissenschaftliche Ergebnisse hervor, sondern bedeutete auch einen Schub für die Karriere der Forscherin. Als US-Staatsbürgerin bekam Alexandra Rutz durch ihr Marie-Skłodowska-Curie-Stipendium die einmalige Gelegenheit, ihre Forschung in der EU zu betreiben. „Im Ausland leben und arbeiten zu können, war eine ungeheure Lernerfahrung für mich“, sagt sie. „Ich bin besonders dankbar, dass ich dadurch die Möglichkeit hatte, zu erfahren, wie in anderen Teilen der Welt geforscht wird, und so viele der hervorragenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die in der EU tätig sind, kennenzulernen und mit ihnen zusammenzuarbeiten.“ Derzeit bereitet Rutz die Einrichtung eines eigenen unabhängigen Labors an der Washington University in St. Louis, USA, vor, wo sie ihre Forschungsarbeit fortsetzen und als Assistenzprofessorin für Biomedizintechnik tätig sein wird. „Das BRAIN CAMO-Projekt hat meine Sicht auf die Dinge sowohl in privater als auch in beruflicher Hinsicht verändert“, sagt sie abschließend. „Ich wohne inzwischen zwar wieder in den Vereinigten Staaten, hoffe aber, dass die Beziehungen, die ich zu europäischen Forschenden aufgebaut habe, über meine gesamte Karriere hinweg eine bleibende Größe sein werden.“

Schlüsselbegriffe

BRAIN CAMO, neuroelektronische Vorrichtungen, Trauma, Erkrankung des Gehirns, Gehirnstörung, neurologisch, Medizinprodukte, Hirnaktivität

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