In NeuroCare entwickeln Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Jülich und elf weiteren Instituten neuartige Bio-Interfaces aus Kohlenstoff, um die Grenzen bestehender Modelle zu überwinden. Das Projekt startet am 1. März 2012.

Bereits seit mehreren Jahren arbeiten Medizintechniker an Implantaten, um Schäden am Nervensystem nach einem Unfall oder Krankheit zu kompensieren. Im Mittelpunkt stehen Hilfsmittel, die grundlegende Wahrnehmungsfunktionen korrigieren wie den Verlust oder die Beeinträchtigung des Seh- oder Hörvermögens. Aber auch traumatische Verletzungen der Wirbelsäule, resistente Epilepsien, psychiatrische Störungen und chronische neurodegenerative Erkrankungen können auf diese Weise behandelt werden.

Die Technik steckt allerdings noch in den Anfängen. Vor allem die Verbindung von lebendem Gewebe und elektrischen Schaltkreisen bereitet bisher Probleme, mit wässrigen, flexiblen Zellstrukturen auf der einen und starren, festen Elektroden auf der anderen Seite. In NeuroCare kommen daher auf Kohlenstoff basierende Materialien zum Einsatz, die sich besser für den medizinischen Zweck anpassen lassen als die herkömmlicherweise verwendeten Metalle und Silizium.

„Wir konzentrieren uns darauf, neue Bio-Interfaces aus Kohlenstoff zu entwickeln, die noch besser vom lebenden Gewebe angenommen werden und an denen auch weniger Probleme mit Biofouling – also Verkeimen – auftreten“, berichtet Prof. Andreas Offenhäusser, Leiter des Bereichs Bioelektronik am Institute of Complex Systems (ICS-8) und Peter Grünberg Institut (PGI-8) des Forschungszentrums Jülich. Die Kohlenstoff-basierten Materialien lassen sich kostengünstig herstellen, sind biologisch inert, robust und besitzen eine breite Palette an elektronischen Eigenschaften, von metallähnlichen Leitern über Halbleiter bis hin zu Isolatoren.

Um einen optimalen Kontakt zum biologischen Gewebe herzustellen, werden die Forscher mit flexiblen Materialien experimentieren und verschiedene Oberflächenstrukturen im Nanometermaßstab testen. Innerhalb der nächsten drei Jahre sollen in dem vom französischen CEA koordinierten Projekt Prototypen für Netzhaut-, Kortex- und Cochlea-Implantate entstehen, die in den folgenden 10 Jahren bis zur Marktreife weiterentwickelt werden können.

Die Jülicher Forscher haben bereits Ende 2011, noch vor dem Start von NeuroCare, Implantatmaterialien aus Kohlenstoff erfolgreich eingesetzt. Zusammen mit Forschern aus München ließen sie Herzzellen auf einen bioverträglichen Chip aus Graphen wachsen. Das Material wird erst seit 2004 intensiv erforscht und besteht aus großflächigen, mattenartigen Molekülen aus reinem Kohlenstoff. „Wir konnten beobachten, dass sich die Herzzellen sehr gut auf dem Graphenchip entfalten und einen gesunden Pulsschlag entwickelten“, bestätigt die Jülicher Biologin Dr. Vanessa Maybeck. Im Vergleich mit Bauteilen aus Silizium zeigten die Graphen-Transistoren ein deutlich geringeres Grundrauschen.

Quelle: Forschungszentrum Jülich - 02.03.2012.