Bioelektronik: Pilze sind die besten Zellschnittstellen

Um künftig einmal Organe durch Chips ersetzen zu können, ist es nötig, dass Elektronik und Gewebe einen engen Kontakt haben. Forscher am Forschungszentrum in Jülich haben untersucht, wie Elektroden geformt sein müssen, damit die Zellen sie sich am besten einverleiben können.

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Biochips: Elektrode als Köder
Biochips: Elektrode als Köder (Bild: FZ Jülich)

Ein dünner, möglichst langer Stiel, über den sich ein Schirm wölbt - nein, es geht nicht um Pilze, nach denen in Kürze die Sammler in die Wälder auszuschwärmen beginnen, sondern um Mensch-Maschinen-Schnittstellen. Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich haben herausgefunden, dass die Pilzform die beste Form darstellt, um Computer und Zellen zu verbinden.

  • Zylinder oder Pilz - welche Form eignet sich besser für eine Bioschnittstelle? (Bild: FZ Jülich)
  • Die Forscher aus Jülich fanden heraus, dass Elektroden von der Form eines Pilz mit einem langen, dünnen Stiel und großem Hut ... (Bild: FZ Jülich)
  • ... den besten Kontakt zum Gewebe ermöglichen, wenn dieses die Elektrode umhüllt. (Bild: FZ Jülich)
Zylinder oder Pilz - welche Form eignet sich besser für eine Bioschnittstelle? (Bild: FZ Jülich)
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Die Jülicher Forscher hatten untersucht, wie sich lebendes Gewebe am besten mit Chips verbinden lässt. Bisher gibt es unterschiedliche Formen der Schnittstellen: Manche sind einfach nur zylinderförmige Ausleger, andere nutzen einen Schirm als zusätzliches Element. Die Biophysiker verglichen unter dem Fokussierten Ionenstrahl- und Rasterelektronenmikroskop die beiden Ansätze in verschiedenen Längen und Durchmessern.

Enger Kontakt

Dabei habe sich gezeigt, dass sich ein langer Stiel mit geringem Durchmesser und einem breiten Schirm am besten als Schnittstelle zwischen Gewebe und Elektronik eignet, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift ACS Nano. "Für eine Vielzahl von Anwendungen ist es wichtig, dass die Zelle sehr nah an der Elektrode anliegt. Schon der Abstand von einem zehntausendstel Millimeter reicht aus, und man kann nichts mehr messen", erklärt Andreas Offenhäusser, Direktor des Instituts für Bioelectronics am Forschungszentrum.

Um den Kontakt zu den Elektroden herzustellen, wird eine typische Verhaltensweise von Gewebe genutzt: Zellen umhüllen einen Fremdkörper, der in das Gewebe eindringt. Auf diese Weise werden beispielsweise Nährstoffe aufgenommen. Die Elektroden dienen als Köder, den die Zellen schlucken sollen. "Bei der Entwicklung von nanostrukturierten 3D-Oberflächen für bioelektronische Schnittstellen nutzen wir dieses Verhalten aus, um die Verbindung zwischen der Zellmembran und der Elektronik zu verbessern", sagt Offenhäusser. Den besten Kontakt, so zeigten die Tests, ermöglichen Elektroden mit Pilzform.

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Für solche Schnittstellen zwischen Gewebe und Elektronik gibt es viele Anwendungen. Dazu gehören beispielsweise Biosensoren, um Daten aus dem Gewebe zu sammeln, etwa bei Medikamententests oder der Erforschung neurodegenerativer Krankheiten, oder Implantate für die Retina.

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