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Wissenschaftler des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) haben ein neuartiges Gehirnimplantat entwickelt, das der Kontrolle von Hirnströmen dient. Wie das Institut in Daejeon, Südkorea Ende Januar berichtet hat, könne das Implantat per Smartphone gesteuert werden. Während viele das Handy bisher vor allem mit dem Lesen von News, dem Versenden von Nachrichten und mit der Nutzung von Angeboten wie https://wazamba.com/de/ in Verbindung bringen, ermögliche die Neuentwicklung dem Mobiltelefon nun auch die Behandlung von Patienten mit psychischen und neurogenerativen Erkrankungen wie Sucht, Depressionen oder Parkinson.

Das neue Implantat lässt sich drahtlos vom Smartphone aus steuern (Foto: pixabay.com/geralt).

Steuerung von Lichtreizen per Smartphone

Die Wirkung des Implantats beruhe auf Lichtreizen, ausgelöst durch winzige, salzkorngroße LED-Lämpchen. Diese zielten auf ausgewählte Neuronen im Rahmen einer tiefen Hirnstimulation ab. Über eine spezielle Smartphone-App könnten programmierbare Lichtmuster in die Gehirnzellen befördert werden. Die Steuerung des Lichts erfolge in Echtzeit und ortsunabhängig. Dies mache den Einsatz des Implantats sehr vielseitig, so Choong Yeon Kim, Forscher im Institut. Das Implantat selbst bestehe aus besonders weichen, bio-konformen Polymeren. Auf diese Weise solle die Kompatibilität mit dem Gewebe sichergestellt werden.

Drahtlos und voll implantierbar

Der Vorgänger des Gerätes, ein am Kopf befestigtes Implantat, war im Jahr 2019 von Professor Jae-Woong Jeong entwickelt worden. Dieses ermöglichte die Medikamentengabe sowie die Licht-Stimulation mithilfe des Smartphones. Die neue Version des Implantats sei nun voll implantierbar. Ausserdem verfügt sie über ein weiches optoelektronisches System, welches die kabellose und selektive Steuerung durch das Smartphone ermöglicht. Auf diese Weise kompensiere das neue Implantat Defizite bisheriger drahtloser Gehirnimplantate. Kabellose Implantate seien in jüngster Zeit zunehmend in den Fokus gerückt. Zu ihren Vorteilen zählten die Reduzierung von Stress und die Minderung der Entzündungsgefahr. Dadurch erhöhe sich auch die Lebenszeit des Gerätes. Bisherige Implantate erforderten jedoch invasive Eingriffe, etwa zum Wechsel der Batterien.

Kabellose Aufladung

Solche Operationen fielen durch die Neuerung nun weg, da sich die Batterien kabellos aufladen ließen, so Professor Jeong:

“Dieses leistungsstarke Gerät macht zusätzliche schmerzhafte Operationen überflüssig, um eine leere Batterie im Implantat zu wechseln. (…) Wir glauben, dass dieselbe Basistechnologie auf verschiedene Arten von Implantaten angewendet werden kann, um die Belastung der Patienten für die Langzeitanwendung im Körper zu verringern, darunter Tiefenhirnstimulatoren sowie Herz- und Magenschrittmachern.”

Die Aufladung der Batterie erfolge durch ein winziges kabelloses Bauteil mit spiralförmiger Antenne und stromsparendem Bluetooth-Chip. Das so erzeugte Magnetfeld könne das Gewebe problemlos durchdringen und den benötigten Strom innerhalb des Gerätes generieren.

Wirksamkeit in Tierversuchen getestet

Die Funktionsweise des Implantats sei erfolgreich im Rahmen von Tierversuchen an Ratten getestet worden. Dabei sei es gelungen, Verhalten zu unterdrücken, welches zuvor durch die Gabe von Kokain erzeugt worden sei. Dazu sei eine präzise Lichtstimulation der Ziel-Neuronen in den Gehirnen der Tiere erfolgt. Die kabellose Aufladung der Batterien habe dabei ermöglicht, dass sich die Tiere frei bewegen konnten und der experimentelle Ablauf nicht gestört worden sei, so Min Jeong Ku, medizinischer Forscher an der Yonsei-Universität.
Die zugehörige Studie wurde in „Nature Communications“ veröffentlicht. Die Forscher erhofften sich durch die Neuentwicklung neue Möglichkeiten für die Hirnforschung sowie die therapeutische Behandlung des Gehirns und anderer Organe des Körpers.

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