Medizintechnik: Implantat wird per Ultraschall programmiert

Energie und Daten per Ultraschall: US-Wissenschaftler haben ein Implantat entwickelt, das per Ultraschall mit Energie versorgt und programmiert wird. Es soll in den Körper eingesetzt werden, um gezielt Nerven zu stimulieren.

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Menschliche Nervenzelle (Symbolbild): Stimulation mit elektrischen und optischen Signalen
Menschliche Nervenzelle (Symbolbild): Stimulation mit elektrischen und optischen Signalen (Bild: Jan Homann/CC BY-SA 3.0)

Ein Implantat, das Nerven mitten im Körper stimulieren soll, haben Wissenschaftler der Stanford University entwickelt. Das Gerät ist programmierbar und kann durch über zehn Zentimeter dickes Gewebe per Ultraschall mit Energie und Daten versorgt werden.

Das System besteht aus einem piezoelektrischen Empfänger, der Ultraschallwellen in elektrischen Strom umwandelt, einem Kondensator als Stromspeicher, zwei Stimulationselektroden, einer LED für optogenetische Experimente sowie einem Chip zur Steuerung. Die Elektronik ist mit einem biokompatiblen Material umhüllt. Das ganze Implantat ist etwa 6,5 Millimeter groß. Die Forscher um Amin Arbabian stellen ihr System in der Fachzeitschrift IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems vor.

Ein Implantat tief im Körper mit Energie und Daten zu versorgen, ist schwierig - und wird umso schwieriger, je kleiner das Implantat ist. Arbabians Team setzt Ultraschall ein, weil der tief in den Körper gelangt und dabei das dazwischenliegende Gewebe nicht schädigt. Außerdem haben die Ultraschallwellen eine geringe Wellenlänge, deren Größe der des Implantats entspricht.

Ultraschall bringt mehr Leistung in den Körper

Per Ultraschall kann das Implantat auch programmiert werden, um Amplitude, Pulsbreite und Frequenz des Signals für die jeweils zu stimulierenden Nerven des Körpers anzupassen. Das gehe, weil "wir in großen Gewebetiefen um Größenordnungen mehr Leistung zur Verfügung haben als bei herkömmlichen drahtlosen Implantaten", sagte Arbabian dem US-Wissenschaftsmagazin IEEE Spectrum.

Weiterer Vorteil des Implantats: Da es sehr klein ist, kann es minimalinvasiv oder möglicherweise sogar mit einer Spritze in den Körper eingebracht werden. Bisher war dafür eine Operation nötig. Wenn es aber zur Operation eine Alternative gebe, bevorzugten Patienten diese, sagte Arbabian. Das könnte bei einem Implantat, das ohne operativen Eingriff eingesetzt werden könne, anders sein.

Das System soll dazu eingesetzt werden, unterschiedliche Nerven zu stimulieren. Angewendet werden soll es beispielsweise in der Schmerztherapie oder bei der Behandlung von Epilepsie und Depressionen. Arbabian und sein Team wollen ihren Prototyp als erstes dazu einsetzen, die Blase von Tieren zu kontrollieren.

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