Forschende der Technischen Universität Dänemark (DTU), der Universität Kopenhagen, des University College London und weiterer Institutionen haben ein neuartiges, nadeldünnes Gehirnimplantat entwickelt. Das sogenannte mikrofluidische Axialtrode (mAxialtrode) kombiniert in einem einzigen flexiblen Implantat die Aufzeichnung neuronaler Signale, die gezielte Medikamentenabgabe und die optische Stimulation über die gesamte Länge des Implantats.

Die Ergebnisse der Entwicklung wurden in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht. Das Implantat wurde primär für die Grundlagenforschung am Gehirn konzipiert. Es soll helfen, besser zu verstehen, wie Signale über verschiedene Hirnschichten wandern – etwa bei Epilepsie, Gedächtnisprozessen oder Entscheidungsfindung. Langfristig sehen die Wissenschaftler Potenzial für die Behandlung neurologischer Erkrankungen, etwa durch präzise Medikamentenabgabe kombiniert mit elektrischer oder lichtbasierter Stimulation gezielter Hirnregionen.

Postdoc Kunyang Sui, der das Konzept gemeinsam mit Associate Professor Christos Markos entwickelt hat, betont den Vorteil der Multifunktionalität: Mehrere Funktionen in einem Implantat machen die Hirnforschung weniger invasiv und präziser. Im Gegensatz zu herkömmlichen harten Silizium-Implantaten besteht das mAxialtrode aus weichen, kunststoffähnlichen optischen Fasern mit speziell abgewinkeltem Ende. Dadurch ist es kleiner und verursacht beim Einsetzen weniger Gewebeschäden.

Herkömmliche optische Fasern mit flachem Ende wirken nur an der Spitze (distales Ende) und erlauben daher lediglich Stimulation oder Messung in einer einzigen Hirnschicht. Viele wichtige Hirnfunktionen beruhen jedoch auf Wechselwirkungen zwischen mehreren Schichten und tieferen Regionen.

Die Technologie wurde nicht nur im Labor, sondern auch in vivo an Mäusen getestet. Das Implantat wurde ins Gehirn eingesetzt und mit Lichtquellen, Messgeräten sowie kleinen Pumpen für Flüssigkeiten verbunden. Die Versuche zeigten, dass Nervenzellen mit blauem und rotem Licht stimuliert, elektrische Aktivität gleichzeitig aus oberflächlichen und tieferen Schichten (wie Großhirnrinde und Hippocampus) gemessen und Substanzen in Abständen von bis zu fast drei Millimetern injiziert werden konnten – alles über eine einzige leichte Faser, die die Tiere ohne erkennbare Beeinträchtigung trugen.

Die Forscher haben die zugrunde liegende Technologie zum Patent angemeldet und klären derzeit Möglichkeiten für klinische Tests an Patienten. Vor einer Anwendung in der Humanmedizin sind umfangreiche weitere Tests, Weiterentwicklungen und Zulassungsverfahren erforderlich.

Original Paper:

Multimodal Layer‐Crossing Interrogation of Brain Circuits Enabled by Microfluidic Axialtrodes – Sui – Advanced Science – Wiley Online Library

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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