Neuronale Schaltkreise per Smartphone kontrollieren

Amerikanische und koreanische ForscherInnen haben ein Gerät erfunden, mit dessen Hilfe neuronale Schaltkreise kontrolliert werden können. Hierbei wird ein winziges Hirnimplantat durch das Smartphone gesteuert.

Schnellere Erkennung von Gehirnerkrankungen

Amerikanische und koreanische ForscherInnen haben ein Gerät erfunden, mit dessen Hilfe neuronale Schaltkreise kontrolliert werden können. Hierbei wird ein winziges Hirnimplantat durch das Smartphone gesteuert.

Die WissenschaftlerInnen glauben, ihr neu entwickelter Apparat könne zur schnellen und besseren Erkennung von Gehirnerkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, Sucht, Depressionen oder Schmerzen beitragen. Die Erfindung kann über einen längeren Zeitraum spezielle Neutronen gezielt mit Medikamenten und Licht behandeln, indem sie auf Medikamentenpatronen und starke Bluetooth Low Energy zurückgreift.

Raza Qazi, der leitende Studienautor, äußerte sich: "Unsere Erfindung ermöglicht eine langfristige chemische und optische Neuromodulation, die noch nie zuvor erreicht wurde." Er merkt an, die neue Technologie überschatte die herkömmlichen Behandlungsmethoden von NeurowissenschaftlerInnen bei Weitem. Diese seien keine zufriedenstellende dauerhafte Lösung, da die schweren Geräte PatientInnen in ihren Bewegungen einschränken und ihre starre Struktur langfristig Läsionen im weichen Gehirngewebe hinterließen.

Obwohl schon frühere Versuche unternommen wurden, negative Gewebereaktionen durch die Einbeziehung weicher Sonden und drahtloser Plattformen zu mildern, war deren Wirksamkeit aufgrund der Unfähigkeit, Medikamente über einen längeren Zeitraum zu liefern, und wegen ihrer sperrigen, komplexen Anwendung stark eingeschränkt.

Gehirnschaltungen können über Monate untersucht werden

Um eine dauerhafte drahtlose Medikamentenzufuhr zu ermöglichen, mussten die ForscherInnen eine Lösung für Probleme in puncto Haltbarkeit und Verdunstung von Medikamenten finden. Die koreanischen und amerikanischen WissenschaftlerInnen arbeiteten daher gemeinsam an der Erfindung eines neuronalen Gerätes mit austauschbarer Medikamentenkartusche. Hierdurch solle es NeurowissenschaftlerInnen ermöglicht werden, im Hinblick auf den Wirkungsverlust von Medikamenten unbesorgt Gehirnschaltkreise über mehrere Monate zu untersuchen.

Um die austauschbaren Kartuschen zu testen, wurden diese mittels einer weichen Sonde von der Dicke eines menschlichen Haares in ein Hirnimplantat für Mäuse integriert. Die Sonde beinhaltete mikrofluidische Kanäle und winzige LEDs, um eine unbegrenzte Medikamentenzufuhr und Licht zu gewährleisten.

Gezielte Auslösung spezifischer Kombinationen von Licht und Medikamenten

Kontrolliert wird der Apparat mit Hilfe einer leicht zu bedienenden App auf dem Smartphone. Die Erfindungen soll es NeurowissenschaftlerInnen erleichtern, gezielt spezifische Kombinationen aus Licht- und Medikamentenfreisetzung auszulösen. Außerdem werde es ermöglicht, vollautomatische Tierstudien in die Wege zu leiten, bei denen das Verhalten eines Tieres sich positiv oder negativ auf das Verhalten anderer Tiere auswirken kann.

Professor Jae-Woong Jeong merkte an: "Dieses revolutionäre Gerät ist das Ergebnis fortschrittlichen Elektrodesigns und starker Mikro- sowie Nanotechnologie. Wir haben großes Interesse daran, diese Technik weiterzuentwickeln, um auch ein Hirnimplantat für klinische Studien zu erstellen."

Nach der Meinung von Professor Michael Bruchas wird das Gerät ForscherInnen in vielfacher Hinsicht helfen: "Es ermöglicht uns, Verhalten im Hinblick auf neuronale Schaltkreise genauer zu analysieren und zu verstehen, wie bestimmte Neuromodulatoren im Gehirn sich auf das Verhalten auswirken. Wir sind außerdem sehr gespannt darauf, das Gerät für komplexe pharmakologische Studien zu nutzen, was bei der Entwicklung neuer Therapeutika gegen Schmerzen, Suchtkrankheiten oder emotionale Störungen hilfreich sein könnte."

Quelle:
Raza Qazi, Adrian M. Gomez, Daniel C. Castro, Zhanan Zou, Joo Yong Sim, Yanyu Xiong, Jonas Abdo, Choong Yeon Kim, Avery Anderson, Frederik Lohner, Sang-Hyuk Byun, Byung Chul Lee, Kyung-In Jang, Jianliang Xiao, Michael R. Bruchas, Jae-Woong Jeong. Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulationNature Biomedical Engineering, 2019; DOI: 10.1038/s41551-019-0432-1

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