Derzeit werden Gehirnimplantate aus Metall oder anderen starren Materialien hergestellt, die Entzündungen und Narbengewebe verursachen können. Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickeln laut einer Mitteilung auf ihrer Website weiche, flexible neuronale Implantate, die sich vorsichtig an die Konturen des Gehirns anpassen. Dort überwachen sie die Aktivität über einen längeren Zeitraum, ohne das umgebende Gewebe zu belasten. Das wäre eine weichere Alternative zu bestehenden Elektroden auf Metallbasis, die zur Überwachung der Gehirnaktivität entwickelt wurden. Diese könnten auch bei Gehirnimplantaten nützlich sein, um die neurale Regionen zu stimulieren und so Symptome von Epilepsie, Parkinson und schwerer Depression zu lindern. Vor etwa einem Jahr ist es Forschern der University of Minnesota (USA) gelungen, mit einem transparenten, 3D-gedruckten Schädelimplantat für Mäuse die Gehirnforschung zu verbessern.
Neuronale Sonden und elektronische Objekte
Unter der Leitung von Xuanhe Zhao, Professor für Maschinenbau sowie Bau- und Umweltingenieurwesen, hat das Forschungsteam nun eine Möglichkeit entwickelt, neuronale Sonden und andere elektronische Objekte, die so weich und flexibel wie Gummi sind, mit einem 3D-Drucker herzustellen.
Die Vorrichtungen bestehen aus einer Art Polymer oder weichem Kunststoff, der elektrisch leitend ist. Das Team wandelte diese normalerweise flüssigkeitsähnliche leitende Polymerlösung in eine Substanz um, die eher einer viskosen Zahnpasta ähnelt. Diese könnte dann über einen herkömmlichen 3D-Drucker zu stabilen, elektrisch leitenden Mustern geführt werden.
Gummiartige Elektrode im Einsatz
Das Team druckte mehrere weiche elektronische Objekte, darunter eine kleine, gummiartige Elektrode, die sie in das Gehirn einer Maus implantierten. Die Elektrode konnte die Aktivität eines einzelnen Neurons erfassen, was Wissenschaftlern ein höher auflösendes Bild der Gehirnaktivität liefern und bei der Anpassung von Therapien und langfristigen Gehirnimplantaten für eine Vielzahl von neurologischen Störungen helfen kann.
Um das flüssiger Polymer zu verdicken und die inhärente elektrische Leitfähigkeit beizubehalten, wurde das Material zuerst gefriergetrocknet und die Flüssigkeit entfernt. Es blieb eine trockene Matrix bzw. ein Schwamm aus Nanofasern zurück. Damit diese nicht spröde werden, mischten die Forscher Nanofasern mit einer Wasserlösung und einem organischen Lösungsmittel zu einem Hydrogel. Das brachte zahnpastaähnliches Material hervor, das sowohl elektrisch leitfähig als auch für die Einspeisung in einen 3D-Drucker geeignet war. Damit konnten sie nun komplizierte Muster drucken, die stabil und elektrisch leitend waren.
Der Test mit der gummiartigen Elektrode in Größe eines Konfetti-Stücks war für die Forscher ein Beweis ihres Konzepts. Die Elektrode konnte im Gehirn der Maus elektrische Signale von einem einzelnen Neuron aufnehmen. Yuk und Zhao haben ihre Ergebnisse in einem Artikel mit dem Titel „3D printing of conducting polymers“ in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.