ANN ARBOOR, Mich.---Hersenimplantaten die signalen van omringende neuronen bij ratten duidelijker kunnen registreren, zijn gemaakt aan de Universiteit van Michigan. De bevindingen kunnen uiteindelijk leiden tot een effectievere behandeling van neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson en verlamming.

Neurale elektroden moeten werken voor perioden variërend van uren tot jaren. Als de elektroden zijn geïmplanteerd, de hersenen reageren eerst op het acute letsel met een ontstekingsreactie. Dan vestigen de hersenen zich in een wondgenezing, of chronisch, antwoord.

Het is tijdens deze secundaire reactie dat hersenweefsel de elektrode begint in te kapselen, het afsnijden van de communicatie met de omliggende neuronen.

De nieuwe hersenimplantaten die bij U-M zijn ontwikkeld, zijn gecoat met nanobuisjes gemaakt van poly (3, 4-ethyleendioxythiofeen) (PEDOT), een biocompatibel en elektrisch geleidend polymeer waarvan is aangetoond dat het neurale signalen beter opneemt dan conventionele metalen elektroden.

UM-onderzoekers ontdekten dat PEDOT-nanobuisjes de eenheidsactiviteit van hoge kwaliteit verbeterden (signaal-ruisverhouding> 4) ongeveer 30 procent meer dan de niet-beklede sites. Ze ontdekten ook dat op basis van in vivo impedantiegegevens, PEDOT-nanobuisjes kunnen worden gebruikt als een nieuwe methode voor biosensing om de overgang tussen acute en chronische reacties in hersenweefsel aan te geven.

De resultaten staan ​​in het omslagartikel van het 5 oktober nummer van het tijdschrift Geavanceerde materialen . Het blad is getiteld, "Interfacing van geleidende polymeer nanobuisjes met het centrale zenuwstelsel:chronische neurale opname met behulp van poly (34-ethyleendioxythiofeen) nanobuisjes."

"Micro-elektroden die in de hersenen zijn geïmplanteerd, worden steeds vaker gebruikt om neurologische aandoeningen te behandelen, " zei Mohammad Reza Abidian, een postdoctoraal onderzoeker die samenwerkt met professor Daryl Kipke in het Neural Engineering Laboratory van de U-M Department of Biomedical Engineering.

"Bovendien, deze elektroden maken neuroprothetische apparaten mogelijk, die de belofte inhouden om functionaliteit terug te geven aan personen met ruggenmergletsel en neurodegeneratieve ziekten. Echter, robuuste en betrouwbare chronische toepassing van neurale elektroden blijft een uitdaging."

In het experiment, de onderzoekers implanteerden twee neurale micro-elektroden in de hersenen van drie ratten. PEDOT-nanobuisjes werden op het oppervlak van elke andere opnameplaats gefabriceerd met behulp van een nanovezel-sjabloonmethode. In de loop van zeven weken, onderzoekers volgden de elektrische impedantie van de opnameplaatsen en maten de kwaliteit van de opnamesignalen.

PEDOT-nanobuisjes in de coating zorgen ervoor dat de elektroden met minder elektrische weerstand kunnen werken dan de huidige metalen elektrodeplaatsen, wat betekent dat ze duidelijker kunnen communiceren met individuele neuronen.

"Geleidende polymeren zijn biocompatibel en hebben zowel elektronische als ionische geleidbaarheid, "Zei Abidian. "Daarom, deze materialen zijn goede kandidaten voor biomedische toepassingen zoals neurale interfaces, biosensoren en medicijnafgiftesystemen."

In de experimenten, de Michigan-onderzoekers pasten PEDOT-nanobuisjes toe op micro-elektroden die werden geleverd door het U-M Center for Neural Communication Technology. De coatings voor nanobuisjes van PEDOT zijn ontwikkeld in het laboratorium van David C. Martin, nu een adjunct-hoogleraar materiaalkunde en techniek, macromoleculaire wetenschap en techniek, en biomedische technologie. Martin is momenteel de Karl W. Böer Professor en voorzitter van de afdeling Materials Science and Engineering aan de Universiteit van Delaware.

Martin is ook mede-oprichter en Chief Scientific Officer van Biotectix, een UM spin-off bedrijf gevestigd in Ann Arbor. Het bedrijf werkt aan het commercialiseren van geleidende coatings op polymeerbasis voor een verscheidenheid aan biomedische apparaten

Bij eerdere experimenten is Abidian en zijn collega's hebben aangetoond dat PEDOT-nanobuisjes medicijnen bij zich kunnen dragen om inkapseling te voorkomen.

"Deze studie maakt de weg vrij voor slimme opname-elektroden die medicijnen kunnen leveren om de immuunrespons van inkapseling te verlichten, ' zei Abidian.

Meer informatie: Wetenschappelijk artikel:www3.interscience.wiley.com/cg … t/122525755/PDFSTART

Bron:Universiteit van Michigan