N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.
Een vloeistof die in levend weefsel verandert in een elektriciteit geleidende gel, zorgt straks misschien voor betere hersenimplantaten.
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/images/gn4/stripped/data97384625-831b77.jpg)
Foto Getty Images/iStockphoto
Dankzij een injectie met vloeistof die zodra hij in levend weefsel zit verandert in een stroomgeleidende gel, hoeven hersenimplantaten straks misschien geen stijve elektroden meer te bevatten. Onderzoekers van het organische elektronica-lab van de Linköping universiteit in Zweden demonstreren vorige week in Science de vorming van de gel van geleidende polymeren. Ze testten de gel in onder meer vinnen en hersenen van levende zebravissen en in spierweefsel van kippen en varkens.
Elektronische implantaten die communiceren met het zenuwstelsel worden voor onder meer hersenonderzoek en behandeling van hersenziekten gebruikt. Bij bestaande bio-elektronische implantaten is het geleidende materiaal vaak aangebracht op een dun laagje ander materiaal, dat stijver is dan de zachte weefsels in het lichaam. De implantaten hebben bewezen van nut te zijn bij communicatie met de zenuwen, maar rond de elektroden kan littekenweefsel of een ontstekingsreactie ontstaan. Ook kan het lichaamsvocht de elektrode aantasten. De werking en de betrouwbaarheid van de signalen neemt dan af. Hoe naadlozer het implantaat in het lichaam past, hoe minder kans op schade, dachten de onderzoekers uit Zweden.
Hartweefsel
Ze stelden een vloeibare mix samen van stoffen die inwerken op stofwisselingsproducten die al in het weefsel aanwezig zijn. Na injectie van deze vloeistof komt er een kettingreactie op gang die grillig gevormde polymeren (lange ketens van moleculen) produceert met geleidende eigenschappen.
De geleidende gel is toepasbaar in allerlei soorten weefsels. De onderzoekers laten de werking zien in vinweefsel en hartweefsel van zebravissen. Ze injecteerden de gel ook in de hersenen van de vissen. Nadat die drie uur zonder problemen door hadden gezwommen, ontleedden de onderzoekers de hersenen, waar ze hetzelfde patroon van gevormde polymeren vonden als in de andere weefsels van de zebravissen. De polymerisatie is ook in geïsoleerd spierweefsel van zoogdieren tot stand gekomen, bij kippen, varkens en koeien.
In medicinale bloedzuigers demonstreerden de Zweedse onderzoekers dat de gel ook gebruikt kan worden voor communicatie met de zenuwen. Ze verbonden de gepolymeriseerde gel met een geleider die verbonden was met een printplaatje om de signalen te verwerken. Er kwam inderdaad een elektrische stroom op gang, maar de verschillen met de controlegeleider waren niet duidelijk te onderscheiden. De onderzoekers kozen voor bloedzuigers voor hun proof of concept omdat ze een vrij eenvoudig neuraal stelsel hebben, maar ze concluderen dat vervolgonderzoek op een uitgebreider zenuwstelsel meer over de nauwkeurigheid moet vertellen.
Cocktail
„De innovatie zit hem in de enzymen in de geïnjecteerde cocktail, die in het doelweefsel aanwezige stofwisselingsproducten afbreken en daarmee de kettingreactie beginnen”, schrijft Sahika Inal, associate professor bio-elektronica aan de King Abdullah universiteit in Saoedi Arabië in een commentaar op het Zweedse onderzoek dat eveneens verscheen in Science. „Ze spitsen de cocktail toe op de specifieke stofwisselingsproducten in het desbetreffende weefsel. Dat laat zien dat hun aanpak breed toepasbaar is, in principe zou elk levend weefsel hiermee in elektronische materie kunnen veranderen.”
Het is nog wel een uitdaging om de gel precies in een doelgebied binnen een weefsel te laten groeien, zegt Inal. „Dit vereist het injecteren van bekende hoeveelheden en het beperken van uitvloeien van het mengsel naar gebieden buiten het doel.” Ook aan de verbinding met de elektronica buiten het lichaam moet nog worden gewerkt. „Idealiter maak je draadloos contact met de gel.”
En dan is er nog de veiligheid bij toepassing in het menselijk lichaam. „De gel moet langdurig stabiel en veilig zijn. Wie weet tast het menselijk lichaam de gel wel aan zodat er schadelijke bijproducten vrijkomen, of valt het materiaal na een tijdje uit elkaar. Dat moet geanalyseerd worden. Hoe dan ook, dit onderzoek brengt het veld verder richting naadloze bio-elektronische toepassingen met mogelijk lange levensduur en minimale weefselschade.”
