Smart and Healthy Living

Strom statt Pillen

07. Juli 2020

Das Fraunhofer IZM und die TU Delft entwickeln Elektrozeutika zur medikamentenfreien Behandlung chronischer Erkrankungen.

© Fraunhofer IZM / Tim Hosman
Das flexible Implantat mit 324 Elektroden und integrierter Elektronik stimuliert und erfasst neuronale Aktivität auf der Gehirnoberfläche.
© Fraunhofer IZM / Tim Hosman
Elektrozeutische Implantate ermöglichen die medikamentenfreie Behandlung chronischer Erkrankungen.

Laut einer Studie des Robert Koch-Instituts aus dem Jahr 2007 ist jede vierte Frau von Harninkontinenz betroffen. Oft muss diese Form der Blasenschwäche medikamentös und sogar operativ behandelt werden – ein mitunter langwieriger, teurer und mit Nebenwirkungen behafteter Prozess. Die Arbeitsgruppe »Technologien der Bioelektronik « am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM erforscht daher als Alternative den Einsatz elektronischer Mikroimplantate.

Elektrische Impulse regulieren Körperfunktionen

Elektrozeutische Implantate können Nervenzellen gezielt elektrisch stimulieren, um Körpersignale auszulösen, zu blockieren oder zu überbrücken. Physiologische Abläufe können dadurch je nach Ausprägung der Krankheit aktiviert oder unterbunden werden. Durch Feedback-Schleifen zwischen Nervenzellen und Mikroimplantaten lassen sich Therapien für die Patientinnen und Patienten personalisieren. Der Einsatz von Elektrozeutika ermöglicht somit vollkommen neuartige Therapiemethoden und minimiert dabei die Gefahr möglicher Nebenwirkungen. Im Fall der Blaseninkontinenz wird ein Sensorsystem zur Überwachung des Blasenvolumens entwickelt, das bei Bedarf eine Meldung aussendet, um den Toilettengang rechtzeitig zu planen. Parallel dazu kann das ungewollte Entleeren der Blase durch Hochfrequenzstimulation des betreffenden Nervs verhindert werden. Mit Elektrozeutika können aber auch zahlreiche andere chronische Erkrankungen behandelt werden, deren Wirkmechanismen auf elektrische Stimulation reagieren. Dazu zählen beispielsweise Asthma, Diabetes, Parkinson, Migräne, Rheuma und Bluthochdruck.

Herausforderungen und Lösungen

Für den Einsatz im Körper muss das System drahtlos und durch Gewebe und Körperflüssigkeiten hindurch funktionieren. Das Laden des Akkus erfolgt daher via Ultraschall, welcher Schwingkörper im Implantat in Bewegung versetzt. Die kinetische Energie wird dann in Strom umgewandelt. Damit der Körper das Implantat nicht abstößt, verwenden die Forschenden biokompatible Materialien wie spezielle Polymere, Edelmetalle oder Silizium. Fortwährend arbeiten die Forschenden an der Miniaturisierung des Systems und streben dabei eine Gesamtgröße von unter 1 cm³ an. Die Lebensdauer der Implantate soll mehrere Jahrzehnte betragen. Zuverlässigkeits- und Langlebigkeitstests werden im Zeitraffer mit den zu erwartenden Belastungen durch elektromagnetische Schwingungen, Feuchte und Temperatur durchgeführt. Parallel dazu werden derzeit Testmodelle entwickelt, die sich auch für die klinische Forschung eignen.