Hirnforschung: Hydrogel-Schnittstelle wird nicht abgestoßen

Von einem Hydrogel umhülltes Faserbündel (Grafik: KAIST)

Daejeon (pte017/14.07.2021/11:30) - Forscher in Südkorea haben eine neuartige Gehirn-Maschine-Schnittstelle entwickelt, die vom Körper problemlos akzeptiert wird. Sie betten ein multifunktionelles Faserbündel in ein Hydrogel ein, also einen porösen Kunststoff, der sehr viel Wasser enthält. Dieses Hydrogel wird nicht als Fremdkörper erkannt und löst daher keine unerwünschten Reaktionen wie Entzündungen aus. Das Bündel enthält einen Lichtwellenleiter, der Nervenzellen mit Licht anregt, Elektroden, die elektrische Impulse des Gehirns nach außen leiten und einen mikrofluidischen Kanal, über den das Gehirn mit Medikamenten versorgt werden kann.

Trockenes Hydrogel

Um die Struktur des Gehirns zu untersuchen oder neurologische Erkrankungen zu diagnostizieren und zu behandeln, ist eine Schnittstelle nötig, um das Gehirn zu stimulieren und seine Signale in Echtzeit erkennen zu können. Bestehende neuronale Schnittstellen unterscheiden sich jedoch mechanisch und chemisch von echtem Hirngewebe. Dies verursacht eine Fremdkörperreaktion und bildet eine isolierende Schicht (Glianarbe) um die Grenzfläche, die ihre Funktion beeinträchtigt.

Um die Schnittstelle platzieren zu können dachte sich das Team um Professor Seongjun Park vom Korea Advanced Institute of Science and Technology https://www.kaist.ac.kr/en in Daejeon etwas Besonderes aus. Sie entziehen dem wabbeligen Hydrogel das Wasser, sodass es fest wird. In diesem Zustand kann es in den Körper eingeführt werden. Dort saugt es sich wieder mit Flüssigkeit voll, sodass die Gehirnzellen es nicht als Bedrohung empfinden.

Langzeitstudien möglich

Das Forschungsteam wandte das Gerät an Tiermodellen an und zeigte, dass sich neuronale Signale bis zu sechs Monate lang auslesen lassen. Das geht weit über das hinaus, was herkömmliche Schnittstellen bieten. Es war auch möglich, langfristige Verhaltensexperimente an sich frei bewegenden Mäusen durchzuführen, ohne das Glianarben auftraten.

"Wir erwarten, dass unsere Schnittstelle Fortschritte bei der Diagnose und Therapie von Gehirnerkrankungen wie Alzheimer und Parkinson bringt", sagt Park. Das gehe allerdings nicht ohne Langzeitstudien, die mit der Hydrogel-Lösung möglich seien, wie der Experte betont.

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