Et skridt mod bedre hjerneimplantater ved hjælp af ledende polymer -nanorør

ANN ARBOR, Mich .--- Hjerneimplantater, der tydeligere kan registrere signaler fra omgivende neuroner hos rotter, er blevet skabt ved University of Michigan. Resultaterne kan i sidste ende føre til mere effektiv behandling af neurologiske lidelser som Parkinsons sygdom og lammelse.

Neurale elektroder skal fungere i tidsperioder fra timer til år. Når elektroderne implanteres, hjernen reagerer først på den akutte skade med en inflammatorisk reaktion. Derefter sætter hjernen sig i en sårheling, eller kronisk, respons.

Det er under denne sekundære reaktion, at hjernevæv begynder at indkapsle elektroden, afbryde det fra kommunikation med omgivende neuroner.

De nye hjerneimplantater udviklet ved U-M er belagt med nanorør lavet af poly (3, 4-ethylendioxythiophen) (PEDOT), en biokompatibel og elektrisk ledende polymer, der har vist sig at registrere neurale signaler bedre end konventionelle metalelektroder.

UM-forskere fandt ud af, at PEDOT-nanorør forbedrede enhedsaktivitet af høj kvalitet (signal-til-støj-forhold> 4) omkring 30 procent mere end de ikke -belagte steder. De fandt også, at baseret på in vivo -impedansdata, PEDOT -nanorør kan bruges som en ny metode til biosensering for at indikere overgangen mellem akutte og kroniske reaktioner i hjernevæv.

Resultaterne fremgår af forsideartiklen i tidsskriftet 5. oktober Avancerede materialer . Papiret har titlen, "Grænseflade mellem ledende polymernanorør med det centrale nervesystem:Kronisk neural optagelse ved hjælp af poly (3-4-ethylendioxythiophen) nanorør."

"Mikroelektroder implanteret i hjernen bruges i stigende grad til behandling af neurologiske lidelser, "sagde Mohammad Reza Abidian, en postdoktoral forsker, der arbejder med professor Daryl Kipke i Neural Engineering Laboratory ved U-M Department of Biomedical Engineering.

"I øvrigt, disse elektroder muliggør neuroprostetiske enheder, som lover at returnere funktionalitet til personer med rygmarvsskader og neurodegenerative sygdomme. Imidlertid, robust og pålidelig kronisk anvendelse af neurale elektroder er fortsat en udfordring. "

I forsøget, forskerne implanterede to neurale mikroelektroder i hjernen hos tre rotter. PEDOT -nanorør blev fremstillet på overfladen af ​​hvert andet optagelsessted ved hjælp af en nanofiber -skabelonmetode. I løbet af syv uger, forskere overvågede den elektriske impedans på optagelsesstederne og målte kvaliteten af ​​optagesignaler.

PEDOT nanorør i belægningen gør det muligt for elektroderne at fungere med mindre elektrisk modstand end nuværende metalelektrodepladser, hvilket betyder, at de kan kommunikere tydeligere med individuelle neuroner.

"Ledende polymerer er biokompatible og har både elektronisk og ionisk ledningsevne, "Sagde Abidian." Derfor, disse materialer er gode kandidater til biomedicinske applikationer såsom neurale grænseflader, biosensorer og lægemiddelleveringssystemer. "

I eksperimenterne, Michigan-forskerne anvendte PEDOT-nanorør til mikroelektroder leveret af UM Center for Neural Communication Technology. PEDOT -nanorørbelægningerne blev udviklet i laboratoriet af David C.Martin, nu adjunkt i materialevidenskab og teknik, makromolekylær videnskab og teknik, og biomedicinsk teknik. Martin er i øjeblikket professor Karl W. Böer og formand for afdelingen for materialevidenskab og teknik ved University of Delaware.

Martin er også medstifter og videnskabelig chef for Biotectix, et U-M spinoff-firma beliggende i Ann Arbor. Virksomheden arbejder på at kommercialisere ledende polymerbaserede belægninger til en række forskellige biomedicinske enheder

I tidligere forsøg, Abidian og hans kolleger har vist, at PEDOT -nanorør kunne bære medicin for at forhindre indkapsling.

"Denne undersøgelse baner vejen for smarte optagelseselektroder, der kan levere medicin for at lette immunresponset ved indkapsling, "Sagde Abidian.

Mere information: Videnskabelig artikel:www3.interscience.wiley.com/cg… t/122525755/PDFSTART

Kilde:University of Michigan