Mikroimplantate: Strom statt Pillen

Aktive Implantate wie Herzschrittmacher haben die Gesundheitsversorgung vor Jahrzehnten revolutioniert. Doch sie haben auch Nachteile: ihre Größe und ihre relativ kurze Lebensdauer zum Beispiel. Am Fraunhofer IZM wird daher an langlebigen Mikroimplantaten geforscht, die Nervenzellen gezielt elektrisch stimulieren und sogar zur Behandlung von Multipler Sklerose eingesetzt werden sollen.

Im Interview mit MEDICA.de spricht Prof. Vasiliki Giagka über die Funktionsweise der Mikroimplantate sowie darüber, warum sie eine Alternative zu medikamentösen Therapien darstellen und inwiefern sie querschnittgelähmten Menschen helfen könnten.

Frau Prof. Giagka, Sie haben ein Mikroimplantat zur Stimulation von Nervenzellen entwickelt. Können Sie uns mehr darüber erzählen?

Prof. Vasiliki Giagka: Mein Team und ich entwickeln bioelektronische Implantate, die mit dem Körper interagieren. Ihr Vorgänger ist der Herzschrittmacher, der ja bereits 1958 entwickelt wurde. Unsere Implantate haben jedoch eine Schnittstelle zum Nervensystem und regen dieses künstlich an. Aber auch das ist nichts Neues. Cochlea-Implantate oder Implantate zur Tiefenhirnstimulation funktionieren genauso. Diese Implantate enthalten Elektronik, die die stimulierenden Impulse erzeugt und normalerweise innerhalb eines recht großen hermetischen Gehäuses liegt, aus dem ein langer Draht herauskommt. An dessen Spitze befindet sich eine Elektrode, die nahe der Stelle im Körper platziert wird, die stimuliert werden soll.

Unser Ziel ist es nun, besonders kleine Implantate zu entwickeln – sogenannte Mikroimplantate. Diese können in der Nähe der Organe oder Nerven platziert werden, die anvisiert werden sollen. Dort stimulieren dann kleine elektrische Impulse das Nervengewebe.

Was sind die Vorteile gegenüber anderen Implantaten oder Therapien?

Giagka: Der Unterschied zu früheren bioelektronischen Implantaten besteht darin, dass alles in einem einzigen kleinen Unibody-Implantat oder Knoten enthalten ist. Wir haben nicht die verteilte Anordnung mit dem Gehäuse an der einen Stelle, der Elektrode an einer anderen Stelle und einem langen Draht, der die beiden miteinander verbindet. Das macht sie minimal-invasiv. Sie können auch in einem Netzwerk betrieben werden. Es können also mehrere von ihnen an dem spezifischen Nerv oder an verschiedenen Stellen im Körper platziert werden und miteinander kommunizieren, Informationen austauschen und so die Therapie anpassen. Auch der Arzt ist in der Lage, die Therapie drahtlos einzustellen.

Wir möchten eine Alternative zu konventionellen Pharmazeutika entwickeln. Ein neuronales Signal wird im Körper entweder über elektrische oder chemische Bahnen übertragen. Herkömmliche Medikamente greifen in die chemischen Bahnen ein. Wir versuchen, in die elektrischen Bahnen einzugreifen, um eine Therapie zu ermöglichen, die ähnlich einer medikamentösen Therapie angepasst werden kann, aber nebenwirkungsfrei ist. Medikamente haben Nebenwirkungen, weil sie auf den ganzen Körper wirken. Aber eine Therapie mit einem Mikroimplantat ist lokal, reversibel und nebenwirkungsfrei. Man spricht dabei auch von Elektrozeutika oder bioelektronische Medizin.

Bei welchen Erkrankungen kann ein solches Implantat eingesetzt werden?

Giagka: Eine der prominentesten Anwendungen ist die Reduzierung von Entzündungen. Aus diesem Grund wird die bioelektronische Medizin auch zur Behandlung von Erkrankungen eingesetzt, gegen die wir bisher nicht vorgegangen sind. Dazu gehören Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose und rheumatoide Arthritis. Es gibt Studien, die zeigen, dass die dabei entstehende zelluläre Entzündung durch die Anwendung von elektrischen Impulsen in begrenzten Dosen täglich reduziert werden kann.

Was sind Ihre nächsten Ziele bei der Weiterentwicklung des Implantats?

Giagka: Wir konzentrieren uns auf drei Ziele: Das erste ist die Miniaturisierung der Implantate. Das zweite ist die Langlebigkeit. Wir sprechen hier immerhin von Implantaten, die wahrscheinlich Jahrzehnte im Körper bleiben müssen. Das ist keine triviale Sache. Im Moment können wir nicht einmal so lang testen. Das dritte Ziel ist die Spezifizität beziehungsweise Selektivität. Das bedeutet, dass die Implantate in der Lage sein müssen, präziser auf kleinere Strukturen im Körper zu zielen. Bisher ist es so, dass durch das elektrische Feld alles stimuliert wird, was sich in dessen Nähe befindet. Wir verfolgen das Ziel, einzelne Nerven gezielt stimulieren zu können.

Was könnte in Zukunft mit solchen Mikroimplantaten möglich sein?

Giagka: Neben den bereits erwähnten Anwendungsfällen gibt noch andere Krankheiten, die mit solchen Technologien behandelt werden könnten. Während meiner Doktorarbeit habe ich an Implantaten für das Rückenmark geforscht, die darauf abzielen, die Mobilität von Menschen wiederherzustellen, die durch eine Rückenmarksverletzung gelähmt sind. Aber all diese Anwendungen werden nur möglich sein, wenn wir das Nervensystem besser verstehen. Ein besseres Verständnis des Nervensystems und der Signalübertragung in unserem Körper ist der Weg zu maßgeschneiderten Therapien. Sobald wir wissen, welcher Nerv oder welche Nervenzelle den gewünschten Effekt hervorruft, können wir mit diesem Nerv oder dieser Nervenzelle interferieren. Dafür müssen wir spezifische Werkzeuge schaffen. Wir könnten Erkrankungen behandeln, die vorher nicht behandelbar waren, und wir könnten Therapien besser kontrollieren und zielgerichteter gestalten – das ist sehr spannend!