Integrated optoelectronic microprobes

BrainLinks-BrainTools Autorenteam platziert einen Review Artikel in der Zeitschrift Currnet Opinions in Neurobioligy

Der Forschungsbereich Optogenetik eröffnete in den vergangenen Jahren nicht nur neue Möglichkeiten zur Erforschung des Nervensystems. Aufgrund des steigenden Interesses bedarf es heutzutage außerdem adäquater Mikro-Implantate, die zu diesem Zweck eingesetzt werden können. Die Implantatentwicklung setzt multidisziplinäre Ansätze voraus, die den hohen biologischen Anforderungen beziehungsweise der Verträglichkeit mit dem umliegenden Gewebe gerecht werden.

Die optoelektronischen Implantate wechselwirken mittels gezielter Beleuchtung mit dem genetisch modifizierten und lichtsensitiven Gewebe. Einzelne Zellen oder ganze Zellareale werden derart stimuliert, dass Verhaltensänderungen hervorgerufen werden können. Zudem werden die dadurch hervorgerufenen elektrischen Potentiale mit diesen gemessen.

In diesem Übersichtsartikel stellen wir den Stand der Technik optoelektronischer Implantate mit den jeweiligen Vorteilen und Herausforderungen vor. Zunächst werden die Mechanismen und Prozesse an der Material-Implantat-Schnittstelle diskutiert, welche die Leistung und Funktion der Implantate in akuten und chronischen Implantationen beeinflussen können. Die Implantate werden hier zum einen unterteilt in Implantate mit Wellenleitern, die an integrierte oder externe Lichtquellen angeschlossen sind und bei denen die Wellenleiter das Licht zum Zielgewebe leiten. Zum anderen werden Implantate mit integrierten Lichtquellen nahe der Ableitungselektroden im Zielgewebe, wie beispielsweise LEDs, betrachtet. Beide Ansätze werden im Hinblick auf ihre Größe und Invasivität, örtlicher Auflösung, ihrer Möglichkeit Elektroden zur Signalableitung zu integrieren, sowie mögliche auftretende Gewebereaktionen hervorgerufen durch die Implantate, vorgestellt und diskutiert. Schließlich wird auf aktuelle und zukünftige Entwicklungen und Herausforderungen existierender Implantate eingegangen, wie beispielsweise die für chronische Anwendungen notwendige Langzeitstabilität und die Unabdingbarkeit drahtloser Systeme. Nur durch Erfüllung dieser Anforderungen wird der Übergang von fundamentalen neurowissenschaftlichen Studien hin zu klinischen Studien sowie Behandlungsmöglichkeiten verschiedener Krankheiten ermöglicht.

Der Artikel ist erschienen in der Zeitschrift Current Opinion in Neurobiology - themed issue on Neurotechnologies und ist bis zum 28. März 2018 als freie Download verfügbar.

 

L Rudmann, MT Alt, D Ashouri Vajari, T Stieglitz, Integrated optoelectronic microprobes, Current Opinion in Neurobiology, Volume 50, June 2018, Pages 72-82, ISSN 0959-4388, https://doi.org/10.1016/j.conb.2018.01.010. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959438817302295)