Neuroimplantate aus Carbon

<ic:message key='Bild vergrößern' />

Elektronische Bauelemente aus Graphen sollen später in Implantaten für eine bessere Verbindung zwischen Nervenzellen und Elektronik sorgen. Quelle: FZ Jülich

20.06.2012  - 

Blinde sehen, Taube hören, Lahme gehen: Neuronale Implantate könnten künftig einmal dazu beitragen, zerstörte Sinneszellen im Auge oder Ohr zu ersetzen und der Menschheit damit einen alten Traum erfüllen. Eine der größten Herausforderungen ist dabei die Gestaltung der Schnittstelle zwischen medizinischer Technik und menschlichem Gewebe. Im Projekt NeuroCare entwickeln Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Jülich und elf weiteren Instituten seit dem 1. März 2012 neuartige Bio-Interfaces aus Kohlenstoff, um die Grenzen bestehender Modelle zu überwinden.

Bereits seit mehreren Jahren arbeiten Medizintechniker an Implantaten, um Schäden am Nervensystem nach einem Unfall oder Krankheit zu kompensieren. Im Mittelpunkt stehen Hilfsmittel, die grundlegende Wahrnehmungsfunktionen korrigieren wie den Verlust oder die Beeinträchtigung des Seh- oder Hörvermögens. Aber auch traumatische Verletzungen der Wirbelsäule, resistente Epilepsien, psychiatrische Störungen und chronische neurodegenerative Erkrankungen können auf diese Weise behandelt werden.

Zwischen Zelle und Schaltkreis

Das Verfahren steckt allerdings noch in den Anfängen. Vor allem die Verbindung von lebendem Gewebe und elektrischen Schaltkreisen bereitet bisher Probleme. Immerhin treffen dabei zwei völlig verschiedene Strukturen aufeinander: auf der einen Seite die wässrigen, flexiblen Zellstrukturen, auf der anderen starre, feste Elektroden. NeuroCare will diesen Gegensatz mit einem Material überbrücken, das in beiden Bereichen vorkommt: Kohlenstoff.

„Wir konzentrieren uns darauf, neue Bio-Interfaces aus Kohlenstoff zu entwickeln, die noch besser vom lebenden Gewebe angenommen werden und an denen auch weniger Probleme mit Biofouling – also Verkeimen – auftreten“, sagt Andreas Offenhäusser, Leiter des Bereichs Bioelektronik am Institute of Complex Systems (ICS-8). Auf Kohlenstoff basierende Materialien ließen sich besser für medizinische Zwecke anpassen als die üblicherweise verwendeten Metalle und Silizium. Man kann sie kostengünstig herstellen, sie sind reaktionsträge, robust und besitzen eine breite Palette an elektronischen Eigenschaften, von metallähnlichen Leitern über Halbleiter bis hin zu Isolatoren.

Erfahrung mit Herzzellen

Um einen optimalen Kontakt zum biologischen Gewebe herzustellen, wollen die Forscher mit flexiblen Materialien experimentieren und verschiedene Oberflächenstrukturen im Nanometermaßstab testen. Innerhalb der nächsten drei Jahre sollen in dem vom französischen Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) koordinierten Projekt Prototypen für Netzhaut-, Kortex- und Cochlea-Implantate entstehen, die in den folgenden 10 Jahren bis zur Marktreife weiterentwickelt werden können.

Die Jülicher Forscher haben bereits Erfahrung mit Implantaten: Ende 2011, noch vor dem Start von NeuroCare, ließen sie zusammen mit Forschern aus München Herzzellen auf einen bioverträglichen Chip aus Graphen wachsen. Das Material wird erst seit 2004 intensiv erforscht und besteht aus großflächigen, mattenartigen Molekülen aus reinem Kohlenstoff. „Wir konnten beobachten, dass sich die Herzzellen sehr gut auf dem Graphenchip entfalten und einen gesunden Pulsschlag entwickelten“, bestätigt die Jülicher Biologin Vanessa Maybeck. Sie und ihre Kollegen sind deshalb zuversichtlich, mit Kohlenstoff das richtige Material gefunden zu haben.

Autorin: Cornelia Kästner