Genombrott för elektrodimplantat i hjärnan
I snart nio år har forskarna inom NRC vid Lunds universitet arbetat med att utveckla implanterbar teknik som kan registrera signaler från enskilda nervceller i hjärnan – över en längre tid och utan att hjärnvävnaden skadas. Med så kallade 3D-elektroder har de nu kommit ett stort steg närmare målet.
Resultaten publiceras i den vetenskapliga tidskriften Frontiers in Neuroscience.
Orsaken till det stora intresset för sådan teknik är att den skulle göra det möjligt att förstå hur hjärnan fungerar både hos friska och sjuka individer. NRC står för Neuronano Research Center, ett forskningskonsortium inom Lunds universitet koordinerat av professor Jens Schouenborg.
– Det är flera delar som måste gå hand i hand om vi ska kunna registrera signaler från hjärnan med säkra resultat. Dels måste elektroden vara biovänlig det vill säga vi måste vara säkra på att hjärnvävnaden inte skadas. Dels måste elektroden vara flexibel ddet vill säga vara följsam i förhållande till hjärnvävnaden.
Man ska komma ihåg att hjärnan flyter i vätska innanför skallbenet och rör sig när vi till exempel andas eller vrider på huvudet. Den elektrod och implantationssteknik vi tagit fram nu har dessa egenskaper och det är unikt, säger Jens Schouenborg som tillsammans med Lina Pettersson lett projektet.
Det unika med Lundaforskarnas skräddarsydda elektroder, som de kallar 3D- elektroder, är att de är extremt mjuka och följsamma i alla 3-rumsdimensioner på ett sätt möjliggör stabila registreringar från samma nervceller över lång tid.
Elektroden är så mjuk att den böjer sig mot en vattenyta. För att kunna implantera sådana elektroder har forskarna utvecklat en teknik för att gjuta in elektroderna i ett hårt men upplösningsbart gelatinmaterial som samtidigt är mycket skonsamt för hjärnan.
– Med denna teknik bibehåller elektroderna sin ursprungliga form inuti hjärnan och kan övervaka vad som händer i en nästintill ostörd och normalt fungerande hjärnvävnad, säger Johan Agorelius, doktorand i projektet.
De flexibla elektroder som hittills tagits fram har inte gått att implantera med bibehållen form varför de satts fast på ett solitt chip som bland annat begränsar flexibiliteten.
– Andra typer av elektroder som används är mycket styvare. Resultatet i båda fallen blir att de skaver mot och irriterar hjärnvävnaden och att nervceller runt elektroderna dör. Då blir signalerna missvisande eller så uteblir de helt. Vår nya teknik gör att vi kan implantera hur flexibla elektroder som helst, samt bibehålla den exakta formen på elektroden inne i hjärnan, säger Johan Agorelius.
– Om vi förstår hjärnans normala processer och funktioner när vi till exempel känner smärta eller lär oss något nytt kan vi på sikt få en helt annan förståelse för vad som sker i hjärnan. Därmed skapas också helt nya förutsättningar, för att förstå vad som händer i hjärnan och ta fram effektiva behandlingar vid sjukdomar som till exempel Parkinsons sjukdom och kroniska smärttillstånd, än vad dagens tekniker medger, säger Jens Schouenborg.
Både elektroden och inbäddningstekniken, som är testat på råttor, är patenterade bland annat i Europa och USA, av NRC -forskare.
Studien
An array of highly flexible electrodes with a tailored configuration locked by gelatin during implantation – initial evaluation in cortex cerebri of awake rats. Författare: Johan Agorelius, Fotios Tsanakalis, Annika Friberg, Palmi T. Thorbergsson, Lina M. E. Pettersson och Jens Schouenborg. Frontiers in Neuroscience, Neural Technology 25 September 2015.
Kontaktinformation
Johan Agorelius, doktorand vid NRC, Lunds universitet, tel: 046-222 15 03, johan.agorelius@med.lu.se Lina Pettersson, forskare vid NRC, Lunds universitet, tel: 046-222 77 81, lina.pettersson@med.lu.se Jens Schouenborg, professor i neurofysiologi vid NRC, Lunds universitet och affilierad till NanoLund, tel: 046-222 77 52, jens.schouenborg@med.lu.se
