Met medicijnen geladen hydrogel-micro-elektrode-arrays verhogen de prestaties van de interface tussen hersenen en computer aanzienlijk, zo blijkt uit onderzoek

Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Cai Xinxia van het Aerospace Information Research Institute (AIR) van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een nieuwe, met medicijnen geladen, met hydrogel gecoate micro-elektrode-array (MEA) ontwikkeld, die langdurige detectie van hoge kwaliteit mogelijk maakt van neurale activiteit. De studie werd gepubliceerd in Biosensoren en bio-elektronica.

Traditionele MEA veroorzaakt vaak ontstekingen in de hersenen als gevolg van mechanische verschillen tussen de stijve elektrode en het zachte hersenweefsel. Dit kan leiden tot gliale littekenvorming die de stabiliteit van de elektrode en de signaalkwaliteit beïnvloedt. Dit probleem beperkt hoe goed deze apparaten kunnen worden gebruikt voor neurale monitoring op lange termijn en de behandeling van neurologische aandoeningen.

Om dit probleem op te lossen, hebben onderzoekers een hydrogelcoating ontworpen met behulp van calciumalginaat en chitosan, die is geladen met een ontstekingsremmend medicijn genaamd dexamethason-natriumfosfaat. Vervolgens hebben ze MEA geoptimaliseerd door verschillende geleidende nanomaterialen te integreren om de elektrische prestaties te verbeteren.

De hydrogelcoating maakt de elektrode beter compatibel met hersenweefsel en geeft het medicijn actief vrij, waardoor ontstekingen worden verminderd en de stabiliteit en levensduur van de elektroden worden vergroot.

Uit proeven bij dieren bleek dat het gemodificeerde MEA uitstekende prestaties vertoonde. De elektrische eigenschappen werden gedurende langere tijd verbeterd en betrouwbaarder. De elektroden konden dopamine, een belangrijke neurotransmitter, met een hoge gevoeligheid detecteren.

De aangepaste MEA-technologie maakte gedetailleerde registratie van neurale activiteiten mogelijk, waardoor verschillen aan het licht kwamen in hoe neuronen zich gedragen tijdens verschillende toestanden, zoals anesthesie en waakzaamheid.

Deze nieuwe, met medicijnen gevulde hydrogel, die dient als een zeer effectieve nanobio-interface en drager voor medicijnafgifte, vertoont een groot potentieel voor neurale monitoring op de lange termijn. Er wordt verwacht dat het de prestaties en acceptatie van hersen-computerinterfaceapparaten in de medische praktijk zal verbeteren, en veelbelovend is voor neurowetenschappelijk onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor neurologische ziekten.