Kleine robotergestützte Nervenmanschetten versprechen einen Durchbruch in der neurologischen Versorgung

Zusammenfassung: Forscher haben innovative, flexible Geräte entwickelt, die sich sanft um Nervenfasern wickeln lassen, was die Diagnose und Behandlung neurologischer Erkrankungen verändern könnte. Diese kleinen, flexiblen „Neuronalmanschetten“ nutzen Soft-Robotik und flexible Elektronik, um mit peripheren Nerven zu kommunizieren, ohne Schäden zu verursachen.

Diese Manschetten wurden erfolgreich an Mäusen getestet und passen ihre Form mit minimalem elektrischen Aufwand an, sodass keine Nähte oder Klebstoffe erforderlich sind. Dieser Durchbruch könnte zu weniger invasiven Behandlungen für Erkrankungen wie Epilepsie und chronische Schmerzen führen und die Kontrolle über Prothesen verbessern.

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1. Fortgeschrittene Werkstoffe: Neuronale Manschetten bestehen aus leitfähigen Polymeren, die in Softrobotern verwendet werden und es ihnen ermöglichen, sich mit einigen hundert Millivolt Elektrizität um Nervenfasern auszudehnen oder zusammenzuziehen.
2. Nicht-invasive Anwendung: Die Manschetten können zu einer Nadel aufgewickelt und in der Nähe des Zielnervs injiziert werden, wo sie sich dann selbst anpassen, um den Nerv zu umschließen, wodurch sie einfacher zu platzieren und weniger invasiv sind.
3. Zukunftspotenzial: Diese Technologie könnte die Durchführung sehr gezielter neurologischer Behandlungen ermöglichen, ohne dass eine offene Operation erforderlich ist, und es ist sogar denkbar, dass sie in schwer zugängliche Bereiche im Körper vordringt.

Quelle: Universität von Cambridge

Forscher haben kleine, flexible Geräte entwickelt, die sich um einzelne Nervenfasern wickeln können, ohne diese zu beschädigen.

Forscher der Universität Cambridge haben flexible Elektronik und Soft-Robotik-Technologien kombiniert, um Geräte zu entwickeln, die zur Diagnose und Behandlung einer Reihe von Erkrankungen, darunter Epilepsie und chronische Schmerzen, oder zur Steuerung von Gliedmaßenprothesen eingesetzt werden können.

Aktuelle Instrumente zur Kommunikation mit peripheren Nerven – 43 Paare motorischer und sensorischer Nerven, die Gehirn und Rückenmark verbinden – sind alt, sperrig und bergen ein hohes Risiko für Nervenverletzungen. Allerdings sind die vom Cambridge-Team entwickelten Roboter-Nerven-„Manschetten“ empfindlich genug, um empfindliche Nervenfasern zu ergreifen oder um sie zu wickeln, ohne Schaden zu verursachen.

Tests mit Nervenmanschetten an Mäusen haben gezeigt, dass die Geräte nur eine kleine elektrische Spannung benötigen, um ihre Form auf kontrollierte Weise zu ändern und einen selbstdichtenden Ring um die Nerven zu bilden, ohne dass chirurgische Nähte oder Klebstoffe erforderlich sind.

Die Kombination von weichen elektrischen Aktuatoren und Neurotechnologie könnte als Lösung für die Überwachung und interventionelle Behandlung einer Reihe neurologischer Erkrankungen dienen, sagen Forscher.

Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturmaterialien.

Elektrische Nervenimplantate können verwendet werden, um Signale in Zielnerven entweder zu stimulieren oder zu blockieren. Beispielsweise können sie helfen, Schmerzen zu lindern, indem sie Schmerzsignale blockieren, oder sie können verwendet werden, um die Bewegung gelähmter Gliedmaßen wiederherzustellen, indem sie elektrische Signale an Nerven senden.

Auch bei Operationen an Körperstellen, die eine hohe Konzentration an Nervenfasern aufweisen, beispielsweise in der Nähe des Rückenmarks, gehört das Neuromonitoring zu den chirurgischen Standardverfahren.

Diese Implantate ermöglichen einen direkten Zugang zu Nervenfasern, bergen jedoch gewisse Risiken. Professor George Malliaras vom Department of Engineering der University of Cambridge, der die Forschung leitete, sagte: „Eine Nerventransplantation birgt ein hohes Risiko einer Nervenverletzung.“

„Nerven sind klein und sehr empfindlich. Jedes Mal, wenn man etwas Großes wie eine Elektrode damit in Kontakt bringt, stellt dies eine Gefahr für die Nerven dar.“

„Neuralmanschetten, die sich um Nerven wickeln, sind die derzeit billigsten Implantate, aber trotzdem sind sie immer noch sehr sperrig, steif und schwer zu implantieren, was erhebliche Manipulationen und möglicherweise ein Trauma des Nervs erfordert“, sagte Co-Autor Dr. Damiano Barone von der Harvard University . Cambridge Department of Clinical Neurosciences.

Forscher haben eine neue Art von Nervenmanschette aus leitfähigen Polymeren entwickelt, die typischerweise in Softrobotern verwendet wird. Die ultradünnen Manschetten bestehen aus zwei separaten Schichten. Das Anlegen winziger Strommengen – nur wenige hundert Millivolt – führt dazu, dass die Geräte anschwellen oder schrumpfen.

Die Manschetten sind so klein, dass sie zu einer Nadel zusammengerollt und in der Nähe des Zielnervs injiziert werden können. Bei elektrischer Aktivierung verändern die Manschetten ihre Form und legen sich um einen Nerv, sodass die Nervenaktivität überwacht oder verändert werden kann.

„Um die sichere Verwendung dieser Geräte im Körper zu gewährleisten, konnten wir die für den Betrieb erforderliche Spannung auf sehr niedrige Werte reduzieren“, sagte Dr. Chaokun Dong, Erstautor der Studie.

„Am wichtigsten ist, dass diese Manschetten ihre Form in beide Richtungen ändern und neu programmiert werden können. Dies bedeutet, dass Chirurgen anpassen können, wie fest das Gerät um den Nerv liegt, um die besten Ergebnisse für die Aufzeichnung und Stimulation des Nervs zu erzielen.“

Tests an Mäusen zeigten, dass die Manschetten ohne Operation erfolgreich angelegt werden konnten und einen selbstdichtenden Ring um den Zielnerv bildeten. Die Forscher planen, die Geräte weiter an Tiermodellen zu testen und hoffen, sie in den nächsten Jahren an Menschen testen zu können.

„Mit diesem Ansatz können wir auf Nerven zugreifen, die durch offene Operationen schwer zu erreichen sind, beispielsweise Nerven, die Schmerzen, Sehvermögen oder Hörvermögen kontrollieren, ohne jedoch etwas in das Gehirn implantieren zu müssen“, sagte Baron. „Die Möglichkeit, diese Manschetten so zu positionieren, dass sie sich um die Nerven legen, macht diesen Eingriff für Chirurgen viel einfacher und für Patienten weniger riskant.“

„Die Möglichkeit, ein Implantat herzustellen, das seine Form durch elektrische Stimulation ändern kann, eröffnet eine Reihe zukünftiger Möglichkeiten für gezielte Therapien“, sagte Malliaras.

„In Zukunft könnten wir vielleicht Implantate haben, die sich durch den Körper oder sogar ins Gehirn bewegen können, und das lässt einen davon träumen, wie Technologie in Zukunft zum Nutzen von Patienten eingesetzt werden kann.“

Über Neuigkeiten aus den Bereichen Neurotechnologie, Robotik und neurowissenschaftliche Forschung

Autor: George Malliaras
Quelle: Universität von Cambridge
Kommunikation: George Malliaras – Universität Cambridge
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Elektrochemisch betätigte Mikroelektroden für minimalinvasive periphere Nervenschnittstellen„Von George Malliaras et al. Naturmaterialien

eine Zusammenfassung

Elektrochemisch betätigte Mikroelektroden für minimalinvasive periphere Nervenschnittstellen

Elektrodenarrays, die mit peripheren Nerven interagieren, werden bei der Diagnose und Behandlung neurologischer Erkrankungen eingesetzt; Sie erfordern jedoch komplexe Operationen, die ein hohes Risiko einer Nervenverletzung bergen.

Hier nutzen wir die jüngsten Fortschritte bei weichen Roboteraktoren und flexibler Elektronik, um hochflexible neuronale Manschetten zu entwickeln, die elektrochemisch geführte weiche Aktoren auf Polymerbasis mit Mikroelektroden mit niedriger Impedanz kombinieren.

Diese Manschetten arbeiten mit angelegten Spannungen von nur wenigen hundert Millivolt und ermöglichen das aktive Ergreifen oder Umwickeln empfindlicher Nerven. Wir validieren diese Technologie anhand lebender Rattenmodelle und zeigen, dass die Manschetten ohne den Einsatz chirurgischer Nähte oder Klebstoffe eine zuverlässige, selbstdichtende bioelektronische Schnittstelle mit dem Ischiasnerv der Ratte bilden und aufrechterhalten.

Diese nahtlose Integration weicher elektrochemischer Aktuatoren mit der Neurotechnologie bietet einen Weg zur minimalinvasiven Überwachung der Nervenaktivität und zu hochwertigen bioelektronischen Schnittstellen.