211service.com
Een buigbaar implantaat tikt op het zenuwstelsel zonder het te beschadigen
De geneeskunde koestert tegenwoordig allerlei ambitieuze plannen om hersensignalen af te lezen om rolstoelen te besturen of elektronica te gebruiken om ruggengraatletsels te omzeilen. Maar de meeste van deze ideeën voor implantaten die kunnen communiceren met het zenuwstelsel stuiten op een fundamenteel materiaalprobleem: draden zijn stijf en lichamen zijn zacht.
Een implantaat gemaakt van siliconen en gouddraad is zo rekbaar als menselijk weefsel.
Dat motiveerde sommige onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale, in Lausanne, Zwitserland, om een zacht, flexibel elektronisch implantaat te ontwerpen, waarvan ze zeggen dat het hetzelfde vermogen heeft om te buigen en uit te rekken als dura mater, het membraan dat de hersenen en het ruggenmerg omringt.
De wetenschappers, waaronder Gregoire Courtine , hebben eerder aangetoond dat implantaten muizen met ruggengraatletsels weer kunnen laten lopen. Ze deden dit door patronen van elektrische schokken naar het ruggenmerg te sturen via elektroden die in de ruggengraat waren geplaatst (zie Verlamde ratten nemen 1.000 stappen, georkestreerd door computer). Maar de stijve draden beschadigden uiteindelijk het zenuwstelsel van de muizen.
Dus Courtine sloot zich aan bij elektrotechnisch ingenieur Stephanie Lacour (zie Innovators Under 35, 2006: Stéphanie Lacour) om met een nieuw implantaat te komen dat ze e-dura noemen. Het is gemaakt van zachte siliconen, rekbare gouden draden en rubberachtige elektroden bezaaid met platina, evenals een microkanaal waardoor de onderzoekers medicijnen konden pompen.
Het werk bouwt voort op de voortdurende vooruitgang in flexibele elektronica. Andere wetenschappers hebben patches gebouwd die overeenkomen met de eigenschappen van de huid en omvatten circuits, sensoren of zelfs radio's (zie Stick-On Electronic Tattoos).
Wat nieuw is, is hoe rekbare elektronica samensmelt met een steeds grotere inspanning om nieuwe manieren te bedenken om signalen van zenuwen te verzenden en te ontvangen (zie Neuroscience's New Toolbox). Mensen zoeken de grenzen op omdat iedereen precies wil communiceren met de hersenen en het zenuwstelsel, zegt Polina Anikeeva, een materiaalwetenschapper aan het MIT die ultradunne glasvezeldraden ontwikkelt als een andere manier om met neuraal weefsel te communiceren.
De reden waarom metalen of plastic elektroden uiteindelijk schade veroorzaken of niet meer werken, is dat ze compressie en weefselbeschadiging veroorzaken. Een stijf implantaat, ook al is het erg dun, zal nog steeds niet uitrekken zoals het ruggenmerg. Het glijdt tegen het weefsel en veroorzaakt veel ontstekingen, zegt Lacour. Als je voorover buigt om je schoenveters te strikken, rekt het ruggenmerg enkele procenten uit.
Het implantaat bootst een eigenschap van menselijk weefsel na die visco-elasticiteit wordt genoemd - ergens tussen rubber en een zeer dikke vloeistof. Knijp krachtig in de huid van uw hand en deze zal vervormen, maar dan terugvloeien op zijn plaats.
Met behulp van het flexibele implantaat rapporteerden de Zwitserse wetenschappers vandaag in het tijdschrift Wetenschap dat ze ruggenmergletsel bij ratten konden overwinnen door het om het ruggenmerg te wikkelen en elektrische signalen te sturen om de achterpoten van het knaagdier te laten bewegen. Ze pompten ook chemicaliën in om het proces te verbeteren. Na twee maanden zagen ze weinig tekenen van weefselbeschadiging in vergelijking met conventionele elektroden, die uiteindelijk een immuunreactie veroorzaakten en het vermogen van het dier om te bewegen aantasten.
Het uiteindelijke doel van dit soort onderzoek is een implantaat dat het vermogen van een verlamde persoon om te lopen kan herstellen. Lacour zegt dat dat nog ver weg is, maar denkt dat het waarschijnlijk om zachte elektronica gaat. Als je een therapie voor patiënten wilt, wil je ervoor zorgen dat deze in het lichaam kan blijven bestaan, zegt ze. Als we de eigenschappen van het neurale weefsel kunnen evenaren, zouden we een betere interface moeten hebben.