Er zijn complexe neurotechnologische apparaten nodig om hersengolven in het binnenste van de schedel direct te selecteren en te beïnvloeden. Hoewel het relatief eenvoudig is geworden om de apparaten te implementeren, onderzoekers worden nog steeds geconfronteerd met uitdagingen wanneer ze proberen ze in de loop van de tijd goed te laten werken in levende organismen. Maar daar zou nu verandering in kunnen komen, dankzij een nieuwe methode uit Freiburg.

Een onderzoeksteam kon een microsonde maken die zonder ontsteking en met behulp van een medicinale coating in het zenuwweefsel groeit. Zelfs na twaalf weken is het nog steeds in staat om sterke signalen af ​​te geven. Nu dergelijke implantaten niet meer zo vaak vervangen hoeven te worden, ze kunnen de deuren openen voor betere diagnoses en maken het leven van chronisch zieken gemakkelijker, zoals Parkinson-patiënten die moeten worden behandeld met hersenstimulatiemethoden. De studie is verschenen in het tijdschrift Biomaterialen en is gebaseerd op eerder onderzoek van de groep naar geleidende en absorberende kunststoffen.

De microsysteemingenieur Christian Böhler van de junior onderzoeksgroep van Dr. Maria Asplund in de Cluster of Excellence BrainLinks-BrainTools, Prof. Dr. Thomas Stieglitz, leerstoel voor biomedische microtechnologie aan het Instituut voor Microsysteemtechnologie en Prof. Dr. Ulrich G. Hofmann, de sectie voor neuro-elektronische systemen van de afdeling Neurologie van het Universitair Ziekenhuis Freiburg hebben deelgenomen aan het onderzoek. "Na verloop van tijd, het immuunsysteem heeft de neiging om de meeste bidirectionele neurale implantaten te behandelen - dat wil zeggen, degenen die zijn geïmplanteerd om gelijktijdig te meten en te stimuleren - als een vreemd voorwerp. Dat is de reden waarom hun functionaliteit zo beperkt wordt. Na een paar weken geven ze amper nog signalen af, ", zegt Böhler. De junior onderzoeksgroep heeft aangetoond dat flexibele microsondes gemaakt van zogenaamde polyimiden duidelijke voordelen bieden ten opzichte van implantaten gemaakt van silicium, bijvoorbeeld. "Tegelijkertijd, er kunnen ontstekingsreacties optreden die de elektroden onbruikbaar maken of die uiteindelijk leiden tot verwijdering van het implantaat, " voegt Asplund eraan toe. In hun studie, de onderzoekers laten zien dat, gebaseerd op een diermodel, deze bijwerkingen kunnen langer worden uitgesteld door een speciale coating te gebruiken op de elektroden die op het polyimide-implantaat zijn geplaatst.

De coating van de elektroden is gemaakt van het polymeer PEDOT dat medicijnen absorbeert en, bij het toepassen van negatieve spanning, geeft het opnieuw vrij - in dit geval, de ontstekingsremmende stof dexamethason. "Op deze manier, we kunnen het medicijn direct rond het implantaat gieten, regel de dosering en bepaal het tijdstip waarop het wordt toegediend, " legt Böhler uit. Vergeleken met traditionele methoden voor medicijntoediening, een veel lagere dosering kan worden gebruikt. Het maakt het ook mogelijk om de effecten te beperken tot een specifiek gebied. Op die manier, ongewenste bijwerkingen van het geneesmiddel kunnen worden verminderd. Al begin 2016 toonde het team aan dat PEDOT ideale eigenschappen heeft als medicijndrager.

"We zijn in staat om de superieure aard van de flexibele microsondes ten opzichte van andere ontwerpen te versterken met onze studie, Asplund vat het samen. Het implantaat van de Freiburgse microsysteemtechnologie houdt zelfs langer stand:"We staan ​​aan de vooravond van een doorbraak in een nieuwe generatie neuronale interfaces. Door onze coatingmethode kunnen we eindelijk microsondes bouwen met een langere houdbaarheid." Daar is Böhler zeker van. Veel meer kansrijke mogelijkheden voor langdurige behandelingen met, bijvoorbeeld, diepe hersenstimulatie kan worden onderzocht met dit systeem. Patiënten bij wie het zenuwstelsel niet alleen regelmatige stimulatie vereist, maar ook nauwkeurige metingen en monitoring, zoals mensen met Parkinson of epilepsie, evenals mensen met obsessief-compulsieve stoornissen of ernstige depressie.