Biotech & leven › Brain-computer interfaces
Naaldduns hersenimplantaat meet, stimuleert en dient medicijnen tegelijk toe
Onderzoekers hebben een flexibel hersenimplantaat ontwikkeld dat dunner is dan een naald en toch drie dingen tegelijk kan: hersenactiviteit meten, medicijnen toedienen en hersencellen stimuleren met licht. Tests bij muizen laten zien dat de vezel diepere hersenlagen precies kan bereiken zonder het omliggende weefsel zwaar te beschadigen.
Een internationaal onderzoeksteam van de Technische Universiteit van Denemarken (DTU), de Universiteit van Kopenhagen en University College London heeft een nieuw type hersenelektrode ontwikkeld: de microfluidic Axialtrode, kortweg mAxialtrode. Het apparaat is minder dan een halve millimeter dik en combineert drie functies die normaal aparte instrumenten vereisen. De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Science.
Eén vezel, meerdere hersenlagen
De meeste hersenimplantaten die nu in laboratoria worden gebruikt, zijn optogenetica-vezels met een platte punt. Ze zenden licht uit en meten alleen op de plek waar de vezel eindigt, de zogeheten distale tip. Dat betekent dat wetenschappers meestal maar op één diepte in de hersenen tegelijk kunnen kijken of ingrijpen. De nieuwe vezel lost dat op door meerdere meet- en afgiftepunten over de lengte van het implantaat te verdelen. Daardoor kunnen onderzoekers tegelijk in ondiepe en diepere hersengebieden werken, zoals de hersenschors en de hippocampus, twee gebieden die nauw samenhangen met geheugen en epilepsie.
Bouw met microscopische kanaaltjes
De vezel ontstaat uit een veel dikkere staaf kunststof die wordt verhit en vervolgens tot een haarfijne draad wordt uitgetrokken, vergelijkbaar met het spinnen van suikerdraad maar dan met veel meer precisie. In het midden loopt een lichtgeleidende kern, omringd door acht microscopische microfluïdische kanalen. Die kanalen kunnen vloeistoffen vervoeren, maar ook piepkleine metaaldraadjes bevatten die dienstdoen als elektrode om elektrische hersenactiviteit te registreren. Omdat het materiaal zacht en flexibel is, beweegt de vezel mee met het hersenweefsel in plaats van er star doorheen te drukken. Dat is een belangrijk verschil met bestaande implantaten van hard silicium, die vaker ontstekingsreacties veroorzaken wanneer ze lang in de hersenen blijven zitten.
Succesvolle test bij muizen
In proeven met levende muizen werd de vezel aangesloten op lichtbronnen, meetapparatuur en kleine pompjes. Het implantaat kon hersencellen prikkelen met zowel blauw als rood licht, elektrische signalen registreren uit ondiepe en diepere hersenlagen, en stoffen injecteren op punten die bijna drie millimeter uit elkaar lagen. Alles gebeurde met één lichte vezel, die de muizen zonder zichtbaar ongemak droegen. Onderzoeker Kunyang Sui, die het concept samen met universitair hoofddocent Christos Markos ontwikkelde, benadrukt dat de combinatie van functies in één implantaat het aantal benodigde ingrepen in de hersenen kan verminderen. Voor klinische toepassing bij patiënten is nog uitgebreid vervolgonderzoek en goedkeuring nodig; het team werkt inmiddels aan een patent en onderzoekt de eerste stappen richting testen bij mensen.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Een implantaat dat meten, stimuleren en medicijnen toedienen combineert, kan hersenonderzoek preciezer maken en het aantal ingrepen in de hersenen verminderen. Op termijn kan deze technologie bijdragen aan gerichtere behandelingen van aandoeningen als epilepsie, waarbij artsen tegelijk kunnen meten wat er misgaat en direct kunnen ingrijpen. Voordat het zover is, moet de vezel nog uitgebreid getest en goedgekeurd worden voor gebruik bij mensen.
- mAxialtrode
- De naam van het nieuw ontwikkelde, naaldunne hersenimplantaat dat meten, stimuleren en medicijnen toedienen combineert.
- Optogenetica
- Een techniek waarbij specifieke hersencellen met licht worden geactiveerd of geremd.
- Microfluïdische kanalen
- Piepkleine kanaaltjes, dunner dan een haar, waardoor vloeistoffen zoals medicijnen nauwkeurig kunnen worden getransporteerd.
- Elektrode
- Een geleidend draadje dat elektrische signalen in het lichaam, zoals hersenactiviteit, kan meten of afgeven.
- Hippocampus
- Een hersengebied dat een centrale rol speelt bij geheugen en dat betrokken is bij epilepsie.
- Cerebrale cortex (hersenschors)
- De buitenste laag van de hersenen, verantwoordelijk voor onder meer denken, waarneming en beweging.
- Epilepsie
- Een neurologische aandoening waarbij plotselinge, ongecontroleerde elektrische ontladingen in de hersenen optreden.
- Distale tip
- Het uiteinde van een optische vezel, de plek waar bij traditionele implantaten licht wordt uitgezonden en contact met weefsel plaatsvindt.
- Vezeltrekken
- Een productieproces waarbij een dikke staaf materiaal wordt verhit en uitgerekt tot een extreem dunne, flexibele vezel.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
