Neurologie

Nervenstimulation mittels mit Mini-Solarzellen

Nervenzellen werden in der Medizin häufig bei Behandlungen mit Metallelektroden angeregt, um etwa den Heilungsprozess zu beschleunigen. Bald schon könnten Mini-Solarzellen als Nervenstimulation verwendet werden. Forschende der TU Graz haben zusammen mit Kollegen der Medizinischen Universität Graz sowie der Universität Zagreb und dem tschechischen CEITEC Pigmentfolien entwickelt, die Solarenergie in elektrische Ladung umwandeln.

red/Agenturen

Wie die TU Graz am Donnerstag in einer Aussendung mitteilte, hat das internationale Forscherteam das Konzept, bei dem Nerven mit Lichtpulsen stimuliert werden, bereits erfolgreich getestet. Die Technologie ermögliche vollkommen neue Arten von Implantaten. Basis dafür sind Farbpigmente aus der Lebensmittelindustrie, wie sie beispielsweise auch in organischen Solarzellen verwendet werden. Die Pigmente werden zu einer nur wenige Nanometer dünnen Schicht aufgedampft und wandeln dort - gleich wie in organischen Solarzellen - Licht in elektrische Ladung. Nervenzellen, die an der Folie anhaften, reagieren auf diese Aufladung und feuern ihrerseits elektrische Impulse, mit denen sie andere Nervenzellen anregen.

In zellbiologischen Experimenten konnten die Forschenden diesen Prozess nun erstmals nachweisen. Gezüchtete Nervenzellen, die direkt auf der Folie wuchsen, wurden durch mehrere jeweils wenige Millisekunden kurze Lichtblitze mit einer Wellenlänge von 660 Nanometern (rotes Licht, Anm.) angeregt und reagierten wie erhofft: Sie erzeugten sogenannte Aktionspotenziale, die wesentlich für die Kommunikation zwischen Nervenzellen sind. Die Ergebnisse ihrer elektrophysiologischen Messungen und Computersimulationen haben die Forschenden im Fachjournal „Advanced Materials Technologies“ veröffentlicht.

Theresa Rienmüller vom Institut für Health Care Engineering der TU Graz spricht von einem Paradigmenwechsel: „Im Gegensatz zur derzeit gängigen Elektrostimulation mittels Metallelektroden stellen unsere Pigmentfolien eine vollkommen neue Möglichkeit dar, Nervenzellen anzuregen.“ Die Folien seien so dünn, dass sie leicht implantiert werden können. Während der Behandlung würden die Nervenzellen dann mit rotem Licht bestrahlt werden, das ohne Schaden tief in den Körper dringen kann. „Wir denken, dass kurzfristige Behandlungen zu therapeutischen Langzeiteffekten führen können. Diese Experimente werden jetzt gerade erforscht“, sagte Rainer Schindl, Elektrophysiologe am Lehrstuhl für Biophysik der Med Uni Graz.

Schwere Hirnverletzungen als Anwendungsmöglichkeit

Eine aufwendige Verkabelung könnte künftig nicht mehr nötig sein, was nach invasiven Eingriffen wiederum die Infektionsgefahr reduziere, weil keine Schläuche oder Kabel mehr aus dem Körper nach außen führen müssen. Dank ihrer organischen Beschaffenheit seien die Pigmentfolien gut verträglich, sowohl für menschliche als auch für tierische Zellen.

Anwendungsmöglichkeiten sehen die Forschenden bei schweren Hirnverletzungen. Hier kann die Stimulation von Nervenzellen den Heilungsprozess beschleunigen und Komplikationen vorbeugen, indem sie „ein Absterben der Nervenzellen verhindert“, so Erstautor Tony Schmidt vom Lehrstuhl für Biophysik der Med Uni Graz. Potenzial sehen die Forschenden auch bei anderen neurologischen Verletzungen oder in der Schmerztherapie. Außerdem könne die Technologie eingesetzt werden, um neuartige Netzhaut-Implantate zu erzeugen.

Bis die Pigmentfolie den Weg in die klinische Anwendung findet, sei noch weitere Forschung nötig. Diese erfolgt unter anderem im Rahmen eines derzeit laufenden und vom FWF geförderten Zukunftskollegs. Rienmüller, Schindl und Schmidt geben sich zuversichtlich, dass „schon in den nächsten beiden Jahren erste Pigmentfolien implantiert werden können“.

Studie

 

Neuron
Um Nervenzellen zu stimulieren, könnten laut Grazer Forschenden bald schon Solarzellen zum Einsatz kommen.
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