Foto: panthermedia.net/Eraxion
Die Entwicklung dieser Technologie markiert einen Wendepunkt in der Neurowissenschaft. Während herkömmliche Wearables wie Smartwatches und Fitness-Tracker äußerlich am Körper getragen werden, agieren diese neuen Mikrogeräte direkt auf zellulärer Ebene. Die aus einem speziellen Polymer namens Azobenzol gefertigten Wearables sind so konzipiert, dass sie sich bei Aktivierung durch Licht sanft um verschiedene Teile von Neuronen wickeln können. Dies eröffnet völlig neue Perspektiven für die Behandlung und Erforschung neurologischer Erkrankungen, da die Geräte präzise mit einzelnen Zellkomponenten interagieren.
Innovative Wearables auf Mikroebene
Der technologische Durchbruch basiert auf einem ausgeklügelten Herstellungsverfahren, das die Massenproduktion dieser mikroskopischen Wearables ermöglicht. Die Forschenden des MIT entwickelten eine skalierbare Methode, bei der zunächst Azobenzol auf eine wasserlösliche Opferschicht aufgetragen wird. Mittels einer speziellen Stempeltechnik formen sich dann Tausende winziger Geräte. Nach einem kontrollierten Backprozess und der Entfernung überschüssigen Materials setzt die Auflösung der Opferschicht die fertigen Wearables frei. Diese Methode ermöglicht es, große Mengen dieser Geräte herzustellen, dass ein Reinraum benötigt würde.
Die mikroskopischen Wearables zeigen bemerkenswerte Eigenschaften in ihrer Interaktion mit Nervenzellen. Durch präzise Steuerung der Lichtintensität und -polarisation können die Forschenden kontrollieren, wie sich die hauchdünnen Schichten zu Mikroröhrchen mit Durchmessern von weniger als einem Mikrometer zusammenrollen. Diese Eigenschaft ermöglicht es den Geräten, sich perfekt an die komplexe Struktur von Neuronen anzupassen und selbst stark gekrümmte Axone und Dendriten sanft zu umschließen.
Therapeutische Potenziale der Wearables
Ein besonders vielversprechender Anwendungsbereich liegt in der Behandlung von Multipler Sklerose (MS). Bei dieser Erkrankung verlieren die Axone ihre schützende Myelinschicht, was zu schwerwiegenden neurologischen Störungen führt. Die entwickelten Wearables könnten als synthetisches Myelin fungieren und so die verloren gegangene Isolierung wiederherstellen. Da es keine biologischen Mechanismen zur Regeneration von Myelin gibt, könnte diese Technologie einen entscheidenden Durchbruch in der MS-Therapie darstellen.
Die MIT-Forschenden haben bereits nachgewiesen, dass die Geräte biokompatibel sind und keine schädlichen Auswirkungen auf die Nervenzellen haben. In Experimenten mit Rattenneuronen konnten sie zeigen, dass sich die Wearables fest um Axone und Dendriten wickeln, ohne dabei die empfindlichen Zellstrukturen zu beschädigen. Diese enge Verbindung zwischen künstlichem Gerät und biologischer Zelle eröffnet völlig neue Möglichkeiten für therapeutische Anwendungen.
Zukunft der zellulären Wearables
Die Entwicklung dieser Technologie steht erst am Anfang und die Forscherinnen und Forscher arbeiten bereits an weiteren Verbesserungen: Durch die Integration von Sensoren und Schaltkreisen könnten die Wearables in Zukunft nicht nur passive Funktionen übernehmen, sondern auch aktiv die elektrische Aktivität von Neuronen messen und modulieren. Die Kombination mit optoelektrischen Materialien könnte zudem neue Möglichkeiten für die gezielte Stimulation von Nervenzellen eröffnen.
Ein weiterer vielversprechender Aspekt ist die Möglichkeit, die Oberflächen der Wearables mit speziellen Molekülen zu funktionalisieren. Dies würde es ermöglichen, gezielt bestimmte Zelltypen oder subzelluläre Regionen anzusprechen. Die Forschenden sehen in dieser Technologie einen Grundstein für zukünftige Entwicklungen in der Neurotherapie und bioelektronischen Medizin. Die Unterstützung durch den Schweizerischen Nationalfonds und die Brain Initiative der US-amerikanischen National Institute of Health unterstreicht die internationale Bedeutung dieser Forschung.
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