Nieuwe op grafeen gebaseerde neurale sondes verbeteren de detectie van epileptische hersensignalen

Nieuw onderzoek dat vandaag is gepubliceerd, heeft aangetoond dat kleine neurale grafeensondes veilig kunnen worden gebruikt om ons begrip van de oorzaken van epilepsie aanzienlijk te verbeteren.

De grafeen diepte neurale sonde (gDNP) bestaat uit een millimeter lange lineaire reeks microtransistoren ingebed in een micrometer dun polymeer flexibel substraat. De transistors zijn ontwikkeld door een samenwerking van The University of Manchester’s Neuromedicine Lab en UCL’s Institute of Neurology, samen met hun Graphene Flagship-partners.

De krant, vandaag gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie, laat zien dat de unieke flexibele hersensondes kunnen worden gebruikt om pathologische hersensignalen die verband houden met epilepsie vast te leggen met uitstekende getrouwheid en hoge ruimtelijke resolutie.

Dr. Rob Wykes van het Nanoneuro-team van de Universiteit van Manchester zegt dat “de toepassing van deze technologie onderzoekers in staat zal stellen de rol te onderzoeken die infraslow-oscillaties spelen bij het bevorderen van gevoeligheidsvensters voor de overgang naar een aanval, evenals het verbeteren van de detectie van klinisch relevante elektrofysiologische biomarkers geassocieerd met epilepsie.”

De flexibele gDNP-apparaten werden chronisch geïmplanteerd in muizen met epilepsie. De geïmplanteerde apparaten leverden een uitstekende ruimtelijke resolutie en een zeer rijke opname met brede bandbreedte van epileptische hersensignalen gedurende weken. Bovendien bevestigden uitgebreide chronische biocompatibiliteitstesten geen significante weefselschade en neuro-ontsteking, toegeschreven aan de biocompatibiliteit van de gebruikte materialen, waaronder grafeen, en de flexibele aard van het gDNP-apparaat.

De mogelijkheid om het volledige scala aan hersensignalen vast te leggen en in kaart te brengen met behulp van elektrofysiologische sondes zal ons begrip van hersenziekten enorm vergroten en de klinische behandeling van patiënten met diverse neurologische aandoeningen helpen. De huidige technologieën zijn beperkt in hun vermogen om nauwkeurig ultraslow hersensignalen met hoge ruimtelijke getrouwheid te verkrijgen.

Epilepsie is wereldwijd de meest voorkomende ernstige hersenaandoening, waarbij tot 30% van de mensen hun aanvallen niet onder controle kan krijgen met traditionele anti-epileptica. Voor medicatie-refractaire patiënten kan epilepsiechirurgie een haalbare optie zijn. Chirurgische verwijdering van het gebied van de hersenen waar de aanvallen voor het eerst beginnen, kan leiden tot vrijheid van aanvallen; het succes van een operatie hangt echter af van het nauwkeurig identificeren van de aanvalszone (SOZ).

Epileptische signalen strekken zich uit over een breed frequentiebereik – veel groter dan de band die wordt bewaakt in conventioneel gebruikte scans. Elektrografische biomarkers van een SOZ omvatten zeer snelle oscillaties, evenals infraslow-activiteit en gelijkstroom (DC) verschuivingen.

Door deze nieuwe technologie te implementeren, kunnen onderzoekers de rol onderzoeken die infraslow-oscillaties spelen bij het bevorderen van gevoeligheidsvensters voor de overgang naar epileptische aanvallen, evenals het verbeteren van de detectie van klinisch relevante elektrofysiologische biomarkers die verband houden met epilepsie.

Toekomstige klinische vertaling van deze nieuwe technologie biedt de mogelijkheid om veel nauwkeuriger de zones van de hersenen te identificeren en te beperken die verantwoordelijk zijn voor het optreden van aanvallen vóór de operatie, wat leidt tot minder uitgebreide resecties en betere resultaten. Uiteindelijk kan deze technologie ook worden toegepast om ons begrip te verbeteren van andere neurologische ziekten die verband houden met ultralangzame hersensignalen, zoals traumatisch hersenletsel, beroerte en migraine.