< Terug naar vorige pagina

Project

Design en ontwikkeling van flexibele neurale elektroden voor chronische toepassingen

Het gebruik van neurale implantaten in een klinische omgeving is de laatste decennia sterk toegenomen. De snelle evolutie van technologie heeft geleid tot de ontwikkeling van een breed gamma aan ’gereedschap’ dat gebruikt kan worden om de werking van het zenuwstelsel beter te begrijpen. Voorbeelden van zulke ontwikkelingen zijn elektro-encefalografie (EEG), waarmee hersenactiviteit opgemeten kan worden, en meer invasieve systemen zoals cochleaire implantaten en hersenstimulatoren. 

Hoewel de chronische betrouwbaarheid van bovenstaande technologieën reeds bewezen is, is dit niet van toepassing voor meer geavanceerde implantaten. Verschillende onderzoeken hebben uitgewezen dat de immuunreactie van het lichaam op het implantaat hierin een zeer belangrijke rol speelt. In hoofdstuk 2 van dit proefschrift analyseren we de verschillende elektrodeweefsel interacties die plaatsvinden tijdens dit proces en identificeren we de factoren die verantwoordelijk zijn voor het vroegtijdig falen van invasieve neurale implantaten.

Eén van de mogelijke pistes om deze lichaamsreactie te minimaliseren is het gebruik van flexibele materialen. Door de mechanische eigenschappen van hersenweefsel te benaderen kunnen we de immuunrespons sterk beperken, wat de chronische betrouwbaarheid ten goede komt. Daarnaast kan deze flexibiliteit nog andere voordelen bieden. In hoofdstuk 3 beschrijven we de ontwikkeling van de bloemelektrode. Deze werd ontworpen om de binnenwand van een hersencaviteit te draperen en neurale activiteit op te meten. De diepe locatie van de caviteit vereist echter een speciale implantatieprocedure, waarbij we de schade aan het weefsel rondom het implantatietraject willen beperken. De voetafdruk van de elektrode kan tijdelijk verkleind worden door deze op te vouwen en in een cannule te verpakken. Na implantatie in de caviteit kan de flexibele elektrode door middel van een stamper uit de cannule geduwd worden, waarna deze zich zal ontplooien en de vorm van de caviteit zal aannemen. Deze implantatietechniek, alsook het ontvouwen van de elektrode zijn bevestigd in een in vivo experiment. Uit analyse van de data bleek dat er biologische signalen opgemeten werden.

Hoofdstuk 4 focust voornamelijk op de praktische problemen die geassocieerd worden met het gebruik van uiterst flexibele implantaten. Deze zijn vaak erg dun, wat ervoor zorgt dat ze niet geïmplanteerd kunnen worden zonder bijkomende versterking. Dextraan wordt voorgesteld als tijdelijke coating. De moleculaire structuur hiervan laat ons toe om de oplossnelheid te controleren. Hierdoor kunnen we de coating zo aanpassen dat deze enkele minuten na implantatie weer flexibel is. Deze hypothese werd bevestigd in een langdurig in vivo experiment. De resultaten toonden niet alleen aan dat de hoeveelheid littekenweefsel dat gevormd werd rond het implantaat sterk verminderd was, maar ook dat het volume welk eerst ingenomen werd door de coating, terug door actieve neuronen bezet werd. Bovendien was er geen merkbare afname in neurale densiteit rond het implantaat.

Naast het gebruik van flexibele materialen kan de immuunrespons ook beperkt worden door de integratie van bioactieve componenten. Deze spelen een actieve rol in het onderdrukken van de immuunrespons en stimuleren de regeneratie van beschadigde neuronen. In hoofdstuk 5 zoeken we uit hoe deze componenten de elektrode-weefsel interactie beïnvloeden en hoe we dit in ons voordeel kunnen gebruiken.

Het zesde en laatste hoofdstuk geeft een overzicht van de belangrijkste resultaten en beperkingen van het onderzoek. Mogelijke verbeteringen worden toegelicht.

Datum:1 okt 2014 →  20 nov 2019
Trefwoorden:bioactive coatings, Microfabrication, tissue engineering, neural electrodes
Disciplines:Nanotechnologie, Ontwerptheorieën en -methoden
Project type:PhD project