In lebende Tiere injiziertes Gel verwandelt sich in eine Elektrode

Die Forscher injizierten einem Blutegel Gel, das sich in eine weiche Elektrode verwandelt und es ihnen ermöglicht, seine Muskelkontraktionen zu kontrollieren – dieses Gel könnte schließlich im Gehirn verwendet werden, um neurologische Erkrankungen ohne Operation zu behandeln

Von Karmela Padavic-Callaghan

Ein injizierbares Gel, das sich im Körper in ein leitfähiges Material umwandelt, hat nachweislich die Schwimmfähigkeit von Zebrafischen nicht beeinträchtigt und wurde auch verwendet, um die Muskeln toter Blutegel zu kontrollieren. Schließlich könnte es in das menschliche Gehirn injiziert werden, um neurologische Erkrankungen zu behandeln, ohne dass Elektroden implantiert werden müssen, ein Prozess, der das Gewebe schädigen kann.

Magnus Berggren an der Universität Linköping in Schweden und seine Kollegen entwickelten ein injizierbares Gel, das aus vielen Molekülen einer Art von Chemikalie namens Monomer sowie Enzymen besteht, die eine Reaktion antreiben, wenn sie Zucker abbauen. Die Enzyme produzieren Wasserstoffperoxid, das mit den Monomeren so reagiert, dass sie sich im Körper zu einem Polymer verbinden und eine weiche, biegsame Elektrode bilden.

Die Forscher haben das Gel so angepasst, dass es mit Zuckern wie Glukose funktioniert, die bereits in tierischen Geweben vorhanden sind. Sie testeten es an Zebrafischen und medizinischen Blutegeln, weil die Anatomie dieser Tiere gut verstanden ist.

Die Forscher injizierten das Gel in die Flossen, Gehirne oder Herzen von neun Zebrafischen, wo es sich erfolgreich selbst zusammensetzte und sich verdunkelte, als es zu einer Elektrode im Inneren des fast durchsichtigen Fisches wurde. Die Fische schwammen nach der Injektion normal weiter. Nachdem sie den Fisch seziert hatten, legten Berggren und seine Kollegen Spannung an Schnitte von Gehirngewebe an, die mit dem umgewandelten Gel gefüllt waren, und stellten fest, dass Elektrizität durch sie floss, als ob herkömmliche Elektroden in das Gehirn des Fisches eingeführt worden wären.

Um zu testen, ob die weichen Elektroden gut genug leiten, um den Körper eines Tieres zu beeinflussen, fügten die Forscher etwas Gel auf Standard-Metallelektroden hinzu, verwandelten das Gel und führten die beschichteten Elektroden durch kleine Einschnitte in einen zentralen Nerv von drei toten Blutegeln ein. Leiteten sie Strom durch diese Kombinationselektrode, zogen sich die Muskeln der Tiere zusammen.

Die Herstellung weicher Elektroden im Gehirn, anstatt sie von außen einzuführen, würde einige der sogenannten „Gabel und Wackelpudding“-Probleme lindern – die Schwierigkeit, starre Instrumente aufgrund ihrer unterschiedlichen Materialeigenschaften effektiv mit weichen lebenden Geweben zu verbinden, sagt David Martin an der Universität von Delaware.

Claudia Tortiglione vom Nationalen Forschungsrat von Italien sagt, dass das Gel möglicherweise nicht in jeder Art von Gewebe funktioniert, ohne dass seine chemische Zusammensetzung angepasst wird. Insbesondere wenn die Zucker, die zum Antreiben der Selbstorganisationsreaktion benötigt werden, nicht im Gewebe vorhanden sind, wird sich das Gel nicht umwandeln, sagt sie.

„Wir stellen bereits neue Versionen des Gels mit fein abgestimmten Chemikalien her, die dazu führen könnten, dass sich Elektroden nur in einem bestimmten Gewebe bilden“, sagt Berggen. „Schließlich wollen wir Gewebe wie Plaques im Gehirn angreifen, die Krankheiten verursachen.“ Solche Elektroden könnten Teil von Elektrostimulationstherapien werden, die bereits zur Unterdrückung von Zittern bei Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit eingesetzt wurden.