Die elektrische Stimulation des Vagusnervs über implantierbare Stimulatoren kann Entzündungsreaktionen wirksam unterdrücken und bietet eine neuartige Strategie zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen. Herkömmliche implantierbare Stimulatoren stehen jedoch vor Herausforderungen bei der adaptiven Anbindung und Kommunikation mit Nervengewebe, was zu erheblichen Beeinträchtigungen führt in vivo langfristige biologische Sicherheit und Wirksamkeit.
Eine Studie veröffentlicht in Fortschrittliche Materialien Unter der Leitung von DU
Dieses FBI-Gerät verfügt über eine dreischichtige Verbundstruktur. Das Substrat ist ein zweischichtiges Hydrogel aus natürlichen Polysacchariden – Chitosan und funktionalisiertem Alginat. Bei Kontakt mit Wasser rollt es automatisch zu einer Röhre und umhüllt empfindliche Nerven mit einem Durchmesser von nur ca. 0,5 mm. Die funktionalisierten Gruppen können Wasserstoffbrückenbindungen und kovalente Bindungen mit Nervengewebe bilden und so eine stabile Fixierung ohne Nähte ermöglichen.
Die obere Schicht besteht aus abwechselnd angeordneten Streifen aus ferroelektrischem Polymer Poly(vinylidenfluorid).co-Trifluorethylen) und Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Verbundwerkstoffe (CNT/P(VDF-TrFE)). Unter Licht im nahen Infrarot (NIR) erzeugt das Schalten von Dipolen innerhalb dieser Schicht biomimetische elektrische Signale, die den durch Polarisationsänderungen induzierten neuronalen Aktionspotentialen sehr ähneln.
Der FBI kann über NIR fernaktiviert werden, um neuronale Reaktionen effektiv zu stimulieren. Es reduziert die Konzentration zytotoxischer reaktiver Sauerstoffspezies um das 16-fache im Vergleich zu optoelektronischen Materialien auf Siliziumbasis.
In Tiermodellen konnte das FBI langfristige Sicherheit, Stabilität und dauerhafte Wirksamkeit bei der Reduzierung von Entzündungen nachweisen. Nach 60-tägiger Implantation in frei bewegliche Ratten zeigte das FBI keine Anzeichen einer Verdrängung. Es wurde keine Nervenkompression oder lokale Entzündung beobachtet. Darüber hinaus blieb seine entzündungshemmende Wirksamkeit im Einklang mit der ursprünglichen Leistung.
Durch die Integration präziser geometrischer Anpassungsfähigkeit, nahtloser bioadhäsiver Fixierung, bioelektrischer Biomimikry und robuster Biosicherheit bietet die FBI-Plattform ein neues Paradigma für implantierbare Bioelektronik der nächsten Generation zur dauerhaften Nervenmodulation und Behandlung von neurologischen und Autoimmunerkrankungen.
Quellen: