Das 3D-gedruckte neuronale Implantat mit Potential für die Behandlungen des Nervensystems

Die Forschung der Gehirn-Computer-Schnittstellen oder Schnittstellen für die neuronale Steuerung existiert seit den 1970er Jahren, dennoch wurden Innovationen auf dem Gebiet oft durch die hohen Kosten und die lange Entwicklungszeit der Herstellung von Prototypen behindert. Die additive Fertigung wirkt diesen Einschränkungen entgegen. So war es einem Forscherteam, bestehend aus Ingenieuren und Neurowissenschaftlern der Technischen Uni Dresden und der staatlichen Universität St. Petersburg möglich das 3D-gedruckte neuronale Implantat zu entwickeln. Ivan Minev, Professor für intelligente Gesundheitstechnologien an der Fakultät für automatische Steuerung und Systemtechnik der Universität Sheffield, sagt dazu: „Die Forschung, die wir an der TU Dresden begonnen haben und hier in Sheffield fortsetzen, hat gezeigt, wie der 3D-Druck genutzt werden kann, um Prototypen von Implantaten mit bisher unerreichter Geschwindigkeit und zu bisher unerreichten Kosten herzustellen, und das alles unter Beibehaltung der Standards, die für die Entwicklung eines nützlichen Geräts erforderlich sind.“

Das 3D-gedruckte neuronale Implantat ist eine Kombination aus Biologie und Elektronik. Durch diese Kombination soll das menschliche Gehirn mit einem Computer verbinden. Auf diese Weise soll es eine Methode zur Behandlung von neurologischen Erkrankungen darstellen. So sollen möglicherweise sogar Lähmungen und andere Verletzungen des Nervensystems behandelt werden können. Durch additive Herstellungsverfahren wird das Implantat schichtweise mit biokompatiblen, mechanisch weichen Materialien 3D-gedruckt. Dies geschieht nicht nur wie bereits festgestellt deutlich günstiger und schneller, sondern auch anpassbarer. Minev erklärt: „Die Leistungsfähigkeit des 3D-Druckens bedeutet, dass die Prototyp-Implantate schnell geändert und bei Bedarf wieder reproduziert werden können, um die Forschung und Innovation im Bereich der neuronalen Schnittstellen voranzutreiben.“ 

Das 3D-gedruckte neuronale Implantat wurde an Tieren mit Rückenmarksverletzungen getestet und hat möglicherweise das Potenzial, Lähmungen beim Menschen zu behandeln. | Bildnachweis: Sheffield

Mit der Studie bewiesen die Forscher, dass das Implantat auf verschiedenen neuronalen Oberflächen wie Gehirn, Rückenmark, peripheren Nerven und Muskeln gut passen kann. Damit es tatsächlich bei Lähmungsbehandlungen an Menschen zum Einsatz kommen kann, müssen die Implantate in der Lage sein, winzige elektrische Impulse wahrzunehmen und an das Gehirn und Nervensystem weiterzugeben. Das haben die Forscher im Rahmen ihrer Studie geschafft, da das 3D-gedruckte neuronale Implantat mit den Körperbereichen kommuniziert hat. 

Um eine dauerhafte Implantation zu ermöglichen, müssen die Forscher im nächsten Schritt herausfinden, wie sich das 3D-gedruckte neuronale Implantat im Menschen auf längere Zeit verhält. Nur, wenn es sich auch auf längere Zeiträume nicht verändert, kommt eine solche Anwendung überhaupt in Frage. Mit der Studie hoffen die Forscher einen ersten Schritt in die Richtung personalisierter Behandlungen in der Neurochirurgen gemacht zu haben. „Die Patienten haben unterschiedliche Anatomien, und das Implantat muss an diese und ihre besonderen klinischen Bedürfnisse angepasst werden“, fügt Minev hinzu. „Vielleicht wird das Implantat in Zukunft direkt im Operationssaal gedruckt, während der Patient während er für die Operation vorbereitet wird.”

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