Karlsruher Institut für Technologie

Medizin: Nanoelektroden zur Behandlung von neurologischen Erkrankungen

Wissenschaftlerin des KIT entwickelt in internationalem Team injizierbare Gehirnstimulatoren im Nanomaßstab
Gehirn
Nanoelektroden, die mit Beteiligung des KIT entwickelt wurden, könnten bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen helfen, indem sie das Gehirn stimulieren. (Grafik: Mopic – Fotolia)
Grafische Darstellung der Injektion von Nanopartikeln in ein Gehirn
Nanopartikel (MENP) werden in das Gehirn injiziiert (linkes Bild). Legt man ein magnetisches Feld an, können diese Nanoelektroden Gehirnzellen (mit Pfeilen markierte graue Punkte) in ihrer Umgebung aktivieren (rechtes Bild). (Grafik: KIT)

Bei neurologischen Erkrankungen wie Parkinson hat die Tiefe Hirnstimulation (THS) Durchbrüche bei der Behandlung ermöglicht. Dabei wird eine Elektrode tief ins Gehirn implantiert, wodurch es einer unter der Haut liegenden Mikroelektronik möglich ist, gezielt elektrische Signale an den Ort der Elektrode zu senden. Diese unterbrechen das neurologische „Störfeuer“, das die Krankheit auslöst.

Bisher erfordert das Einbringen der  Elektroden jedoch einen chirurgischen Eingriff, der das Risiko von Blutungen und Infektionen birgt. Ein internationales Team, darunter eine Wissenschaftlerin des KIT, hat nun eine Methode entwickelt, bei der partikuläre Elektroden im Nanomaßstab injiziiert und drahtlos gesteuert werden. Die Ergebnisse sind in Science Advances veröffentlicht.

Veränderung der Hirnaktivität mit ferngesteuerten Nanoelektroden

Die Nanoelektroden bestehen aus einem Material, das magnetische in elektrische Signale umwandelt. Diese können mit dem Gehirn kommunizieren und seine Aktivitäten verändern. Gesteuert werden die Elektroden berührungsfrei über das Anlegen eines Magnetfeldes. „Wir konnten zeigen, dass sich die Hirnaktivität ähnlich wie bei der normalen THS verändert“, so Erstautorin Kristen L. Kozielski vom Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT.

Im Versuch mit Mäusen zeigte sich, dass eine Stimulation durch die Nanoelektroden das Verhalten der Tiere beeinflussen konnte. „In unserer künftigen Arbeit hoffen wir, diese Nanoelektroden gezielt zur Linderung der Symptome der Parkinson-Krankheit oder auch bei der Behandlung von Rückenmarksverletzungen einsetzen zu können.“

rli, 21.01.2021