Het kunnen meten van de elektrische activiteit van de hersenen heeft ons geholpen een veel beter begrip te krijgen van de hersenprocessen, functies, en ziekten in de afgelopen decennia. Tot dusver, veel van deze activiteit is gemeten via elektroden die op de hoofdhuid zijn geplaatst (via elektro-encefalografie (EEG)); echter, in staat zijn om signalen rechtstreeks vanuit de hersenen zelf te verwerven (via neurale interface-apparaten) tijdens dagelijkse activiteiten, zou neurowetenschap en neurogeneeskunde naar een volledig nieuw niveau kunnen tillen. Een grote tegenvaller van dit plan is dat, helaas, het implementeren van neurale interfaces is opmerkelijk uitdagend gebleken.

De gebruikte materialen in de minuscule elektroden die contact maken met de neuronen, evenals die van alle connectoren, moet flexibel en toch duurzaam genoeg zijn om een ​​relatief zware omgeving in het lichaam te weerstaan. Eerdere pogingen om langdurige herseninterfaces te ontwikkelen, zijn een uitdaging gebleken omdat de natuurlijke biologische reacties van het lichaam, zoals ontstekingen, de elektrische prestaties van de elektroden in de loop van de tijd verminderen. Maar wat als we een praktische manier hadden om ontstekingsremmende medicijnen lokaal toe te dienen waarbij de elektroden contact maken met de hersenen?

In een recente studie gepubliceerd in Microsystemen en nano-engineering , een team van Koreaanse onderzoekers ontwikkelde een nieuwe multifunctionele herseninterface die tegelijkertijd neuronale activiteit kan registreren en vloeibare medicijnen op de implantatieplaats kan afleveren. In tegenstelling tot bestaande starre apparaten, hun ontwerp heeft een flexibele 3D-structuur waarin een reeks micronaalden wordt gebruikt om meerdere neurale signalen over een gebied te verzamelen, en dunne metalen geleidende lijnen dragen deze signalen naar een extern circuit. Een van de meest opmerkelijke aspecten van dit onderzoek is dat, door meerdere polymeerlagen strategisch te stapelen en te micromachinaal te bewerken, de wetenschappers slaagden erin microfluïdische kanalen op te nemen in een vlak evenwijdig aan de geleidende lijnen. Deze kanalen zijn verbonden met een klein reservoir (dat de toe te dienen medicijnen bevat) en kunnen een gestage stroom vloeistof naar de micronaalden voeren.

Het team valideerde hun aanpak door middel van herseninterface-experimenten op levende ratten, gevolgd door een analyse van de geneesmiddelconcentratie in het weefsel rond de naalden. De algemene resultaten zijn veelbelovend, als Prof. Sohee Kim van het Daegu Gyeongbuk Instituut voor Wetenschap en Technologie (DGIST), Korea, die de studie leidde, merkt op:"De flexibiliteit en functionaliteiten van ons apparaat zullen helpen om het beter compatibel te maken met biologische weefsels en nadelige effecten te verminderen, die allemaal bijdragen aan het verlengen van de levensduur van de neurale interface."

De ontwikkeling van duurzame multifunctionele herseninterfaces heeft implicaties voor meerdere disciplines. "Ons apparaat is mogelijk geschikt voor hersen-machine-interfaces, waardoor verlamde mensen robotarmen of -benen kunnen bewegen met behulp van hun gedachten, en voor de behandeling van neurologische ziekten met behulp van elektrische en/of chemische stimulatie gedurende jaren, " zegt Dr. Yoo Na Kang van het Korea Institute of Machinery &Materials (KIMM), eerste auteur van de studie.