Neues injizierbares Gerät könnte die Behandlung der Parkinson-Krankheit revolutionieren: Eine kurze Geschichte der Gehirnsondierung
Neues injizierbares Gerät könnte die Behandlung der Parkinson-Krankheit revolutionieren: Eine kurze Geschichte der Gehirnsondierung
Anonim

Längst vorbei sind die Zeiten risikoreicher, invasiver Hirnuntersuchungen, als das Gehirn eine mysteriöse Arena war, die wir ohne ernsthafte Auswirkungen kaum berühren konnten. Obwohl es immer noch das komplizierteste Organ ist, hat ein Forscherteam der Harvard University ein elektronisches Gerät entwickelt, das so klein und flexibel ist, dass es direkt ins Gehirn injiziert werden kann, wo es die Gehirnaktivität überwachen und möglicherweise sogar Krankheiten wie Parkinson oder Lähmungen behandeln kann.

Die Forscher halten dieses Gerät für revolutionär, da es viel im Körper tun kann, ohne Gewebe zu schädigen oder Komplikationen zu verursachen - zumindest vorerst bei Mäusen nachgewiesen.

„Wir können diese ultraflexible Elektronik durch eine gemeinsame Spritzeninjektion in praktisch jede Art von weichem 3D-Material präzise liefern“, sagte Charles Lieber, Hauptautor der Studie und Nanowissenschaftler und Nanotechnologe an der Harvard University, gegenüber LiveScience. „Das Injektionsverfahren und die hochflexible Elektronik schädigen die Zielstrukturen nicht.“

Um es in den Körper einer Maus zu bekommen, erstellen die Forscher zunächst Gerüste als kleine flache Platten, die aus Metallelektroden und Silikondrähten bestehen. Dann befestigen sie Sensoren an diesen Maschen aus Metall und Silikon, die zu etwa 90 Prozent leerer Raum sind. Diese Maschen rollen sich in Flüssigkeit zu einer Spirale zusammen und können dann durch winzige Spritzen injiziert werden. Sobald sie sich im Körper befinden, kehren sie in ihre ursprüngliche, flache Form zurück, um ihr Ding zu machen.

Diese während ihrer Experimente in das Gehirn von Mäusen zu injizieren, war vielversprechend, da es wenig bis keine Blutungen verursachte und die Gehirnaktivität gut aufzeichnete. Darüber hinaus gibt es nach der Injektion keine Reaktion des Narbengewebes oder des Immunsystems - auch Monate danach. Hier könnte dieses neue Gerät die Gehirnsondierungsszene revolutionieren, die nach Implantationen weitgehend von solchen Komplikationen geplagt ist. Wenn sich diese Netze im Körper über einen längeren Zeitraum als erfolgreich erweisen, könnten Forscher schließlich Wege finden, die Gehirnaktivität zu stimulieren, um die Parkinson-Krankheit oder andere Erkrankungen zu behandeln.

„Dies eröffnet eine völlig neue Grenze, an der wir die Schnittstelle zwischen elektronischen Strukturen und Biologie erforschen können“, sagte Lieber in der Pressemitteilung von Harvard. „In den letzten 30 Jahren haben die Leute die Mikrofertigungstechniken schrittweise verbessert, die es uns ermöglicht haben, starre Sonden immer kleiner zu machen.“

Eine kurze Geschichte der Gehirnsonden

Trepanieren

Prähistorisch. Tatsächlich hatten die Menschen von Anfang an nicht viele Möglichkeiten, das Gehirn zu studieren. Die antike Trepanation ist möglicherweise die gröbste und primitivste Form der "Gehirnsondierung". Sie gilt tatsächlich als das älteste chirurgische Verfahren mit archäologischen Beweisen. Historisch gesehen wurde die Trepanation, bei der ein Loch in den Schädel gebohrt wird, verwendet, um kranke Dämonen herauszulassen von einer Person, die sich abnormal verhielt. Später verwendeten Menschen die Trepanation zur Behandlung von Migräne, Krampfanfällen und psychischen Störungen - obwohl sie heute weitgehend als Pseudowissenschaft angesehen wird.

EEG

1800er. Nach jahrelanger Forschung an Tieren mit Elektroenzephalographie (EEG) zeichnete der Psychiater Hans Berger 1924 das erste menschliche EEG auf. Die Technik ist zwar nicht invasiv und wird nicht zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt, ist aber ein diagnostisches Werkzeug, bei dem die Kopfhaut des Patienten mit Elektroden, die die Gehirnaktivität aufzeichnen und überwachen. EEGs werden verwendet, um Anfälle und andere neurologische Probleme zu identifizieren.

In den 1950er Jahren, Dr. Jose Delgado entwickelte den Stimoceiver, ein Gerät, das er im Gehirn eines Bullen testete und ihn aufladen und die Richtung ändern ließ. Der Stimoceiver war eine Abkehr von früheren Arten von Gehirnstimulatoren, bei denen Elektroden in das Gehirn implantiert wurden, die mit sperrigen Geräten verbunden waren, die die Gehirnaktivität aufzeichneten. Es war bekannt, dass dieses Gerät Infektionen bei Patienten verursacht und auch die Bewegung einschränkt.

Baby

1970er Jahre. Cochlea-Implantate, die mittlerweile von über 200.000 gehörlosen Menschen verwendet werden, unterstützen Patienten beim Hören, indem sie Schall in elektrische Signale umwandeln, die an den Hörnerv gesendet werden. Während es nicht direkt in das Gehirn eingesetzt wird, wird das Implantat im Ohr platziert und mit einer Elektrode am Gehirn verbunden, die das Hören stimuliert.

Tiefenhirnstimulation

In 1997, die FDA hat die tiefe Hirnstimulation zur Behandlung des essentiellen Tremors zugelassen. Später wurde es zur Behandlung von Parkinson, Dystonie und sogar Zwangsstörungen zugelassen. Bei der tiefen Hirnstimulation, die zur Behandlung der Parkinson-Krankheit und psychischer Erkrankungen ziemlich erfolgreich eingesetzt wurde, führt ein Neurochirurg eine Elektrode durch eine kleine Öffnung im Schädel ein und implantiert sie in das Gehirn. Dann werden elektrische Impulse durch den Draht in das Gehirn gesendet, die abnormale elektrische Signale im Zusammenhang mit der Parkinson-Krankheit blockieren. Dies ist jedoch immer noch ein invasives Verfahren und daher nicht ganz ideal.

Im Vergleich zum Potenzial von Liebers neuem Gerät scheinen diese früheren Beispiele für Gehirnsondierungen und -überwachung veraltet zu sein. Mit mehr Forschung und klinischen Studien am Menschen glaubt Lieber, dass dies transformativ sein wird.

„Bestehende Techniken sind im Verhältnis zur Verkabelung des Gehirns grob“, sagte Lieber in der Pressemitteilung. „Ob Silikonsonden oder flexible Polymere … sie verursachen Entzündungen im Gewebe, die ein periodisches Wechseln der Position oder der Stimulation erfordern. Aber mit unserer injizierbaren Elektronik ist es, als ob sie überhaupt nicht da wäre. Sie sind eine Million Mal flexibler als jede moderne flexible Elektronik und haben subzelluläre Strukturgrößen. Sie sind das, was ich ‚neurophil‘nenne – sie interagieren tatsächlich gerne mit Neuronen.“

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