Die organische Elektrode kann einen Kurzschluss verursachen

Forscher haben eine weiche leitfähige Elektrode entwickelt, deren Implantation keinen invasiven chirurgischen Eingriff erfordert und die im Laufe der Zeit vom Körper resorbiert wird. Sie sagen, dass ihre Methode eine neuartige Möglichkeit zur Behandlung nichtchronischer Erkrankungen wie Krebs und Nervenverletzungen mit elektrischer Stimulation sein könnte.

Therapeutische elektrische Stimulation von Gewebe und Nervensystem wird häufig bei chronischen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit oder Epilepsie eingesetzt, bei denen chirurgisch implantierte Elektroden elektrische Impulse an bestimmte Gehirnbereiche abgeben. Aber auch Menschen mit nicht chronischen Erkrankungen wie Schmerzen, Nervenverletzungen oder Krebs können von der Elektrotherapie profitieren.

Forscher der Universität Lund und der Universität Göteborg haben eine leitfähige organische Elektrode entwickelt, die ohne invasive Operation eingeführt wird, sich in den Körper integriert und sich mit der Zeit auflöst.

„Unsere Arbeit integriert auf natürliche Weise Elektronik mit biologischen Systemen, was Möglichkeiten für Therapien für nichtchronische Krankheiten eröffnet, die schwer zu behandeln sind“, sagte Martin Hjort, Hauptautor der Studie. „In der Studie haben wir Zebrafische verwendet, ein hervorragendes Modell zur Untersuchung organischer Elektroden in Gehirnstrukturen.“

Die Forscher stellten ihre Elektroden aus A5 her, einem wasserlöslichen gemischten Ionen-Elektronen-Polymer mit einzigartigen Eigenschaften: Es organisiert sich selbst in einem Gelguss und erzeugt ein hochleitfähiges Hydrogel, das mehrere Monate lang stabil bleibt. Es besteht außerdem aus kleinen Polymeren, sogenannten Oligomeren, was ihm bessere Bioresorptionseigenschaften verleiht.

Anhand eines Zebrafisches, einem Modell für die Regeneration von Gliedmaßen und Neuropathie oder Nervenschäden, die zu Schmerzen führen, injizierten die Forscher A5 mit einer Spritze mit einem Kanülendurchmesser von 30 µm in das Gehirn des Fisches (A5-Nanopartikel sind im Durchschnitt 80 nm groß). . Wenn A5 mit körpereigenen Ionen interagierte, ordnete es sich so an, dass es eine stabile weiche Elektrode bildete.

Mit der Zeit nahm die Dicke der weichen Elektrode zu und es begannen daraus Dendriten zu wachsen, die eine enge Verbindung mit den umgebenden Zellen eingingen. Durch die Anwendung elektrischer Impulse auf Hirnschnitte, die mit den implantierten Elektroden aus den Fischen herausgeschnitten wurden, konnten die Forscher die neuronale Signalübertragung steuern.

„Wir haben eine Technik entwickelt, bei der eine Lösung von Nanopartikeln mit einer Nadel von der Größe eines menschlichen Haares in das Gewebe injiziert wird“, sagte Roger Olsson, korrespondierender Autor der Studie. „Diese Partikel, die aus kleinen Molekülketten (Polymeren) bestehen, organisieren sich dann selbst zu einer leitenden Struktur und integrieren sich in die Körperzellen.“

Etwa neun Tage nach dem Einsetzen begann sich die leitfähige Struktur zu zersetzen, bevor sie vollständig resorbiert wurde, ohne den Fisch zu schädigen.

Die Forscher sagen, dass ihre neuartigen minimalinvasiven Elektroden Möglichkeiten für den Einsatz bei nichtchronischen Behandlungen eröffnen. Der nächste Schritt besteht darin, das Verfahren an größeren Gehirnen – Nagetieren und Primaten – auszuprobieren.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: Universität Lund