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Medizintechnik 3D-gedrucktes Implantat misst Hirnaktivität

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Ein weiches 3D-gedrucktes Implantat kombiniert ECoG-Elektroden mit Kühlkanälen und einer separaten Treibereinheit. Der Prototyp zeigt, wie sich Mess- und Kühlfunktionen in einer gedruckten Silikonstruktur integrieren lassen.

Der Prototyp kombiniert ECoG-Aufzeichnung mit fokaler Hirnkühlung. Seine 3D-gedruckte Silikonstruktur enthält fluidische Kanäle und ist mit diskreten elektronischen Komponenten bestückt.(Bild: Moore et al. (2026))
Der Prototyp kombiniert ECoG-Aufzeichnung mit fokaler Hirnkühlung. Seine 3D-gedruckte Silikonstruktur enthält fluidische Kanäle und ist mit diskreten elektronischen Komponenten bestückt.
(Bild: Moore et al. (2026))

Hirnaktivität erfassen, gezielt kühlen und beide Funktionen steuern: Ein Implantat für die fokale Hirnkühlung muss thermische, fluidische und elektronische Komponenten auf engem Raum zusammenführen. Ein Forscherteam aus Dresden und Sheffield hat dafür einen weichen Prototyp entwickelt. Die Arbeit zeigt vor allem einen Fertigungs- und Integrationsansatz, jedoch keine klinisch einsetzbare Lösung.

Der Aufbau kombiniert im Extrusionsdruck gefertigte Silikonstrukturen mit fluidischen Kanälen und diskreten elektronischen Komponenten. Verbundelektroden erfassen die elektrische Aktivität an der Hirnoberfläche mittels Elektrokortikografie (ECoG). Eine separate Treibereinheit übernimmt die autonome Überwachung und Steuerung der Mess- und Kühlfunktionen. Die Elektronik wird also nicht selbst gedruckt: Der 3D-Druck bildet die weiche Struktur, in die weitere Funktionen integriert werden.

Schnittstellen zwischen Elektronik, Fluidik und Kühlung

Für Entwickler liegt die technische Herausforderung darin, die verschiedenen Teilsysteme in einem kompakten Implantat zusammenzuführen. Die fluidischen Kanäle sollen eine örtlich begrenzte Kühlung ermöglichen, während die Elektroden verwertbare Hirnsignale erfassen. Hinzu kommen die Schnittstellen zur Treibereinheit, die den Betrieb überwacht und steuert.

Die Forscher prüften den Aufbau zunächst mit Finite-Elemente-Simulationen und an Agar-Modellen. Nach ihren Angaben erreichte das System dabei eine schnelle, stabile und lokal begrenzte Kühlung. In einem Nagermodell mit experimentell ausgelöster, anfallsähnlicher Aktivität zeichneten die Verbundelektroden ECoG-Signale auf, deren Qualität mit der eines kommerziellen Systems vergleichbar war. Die fokale Kühlung unterdrückte die anfallsähnliche Aktivität.

Präklinischer Machbarkeitsnachweis

Damit demonstriert das Team die prinzipielle Kombination von Messung und thermischer Neuromodulation in einem Implantat. Die Forscher sehen in ihrem Fertigungsansatz das Potenzial, Herstellungszeit, Komplexität und Geräteabmessungen zu verringern. Für eine Bewertung aus Entwicklersicht wären darüber hinaus quantitative Angaben etwa zu Temperaturverlauf und Kühlbereich, zur Signalqualität unter den jeweiligen Betriebsbedingungen und zum Energiebedarf der Treibereinheit wichtig. Solche Werte sollten aus dem Fachartikel ergänzt werden, soweit sie dort berichtet werden.

Der Versuch im Nagermodell belegt weder die Sicherheit noch die Wirksamkeit des Systems beim Menschen. Er ist ein präklinischer Machbarkeitsnachweis und keine Therapie für medikamentenresistente fokale Epilepsie. Die Studie entstand unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden, des Else Kröner Fresenius Zentrums für Digitale Gesundheit an der TU Dresden und der University of Sheffield. Gefördert wurde sie durch den ERC Starting Grant IntegraBrain.  (heh)

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