Bioelektroden Injizierbare Bioelektroden mit einstellbaren Lebensdauern

Koreanische Forscher entwickeln injizierbare Bioelektroden mit unterschiedlichen Abbauzeiten. Die leitfähigen Hydrogelmaterialien können minimalinvasiv eingesetzt werden.

Forscher des Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) (Korea) haben leitfähige Hydrogele auf Graphenbasis (ICHs) als moderne implantierbare Bioelektroden entwickelt. Diese ICHs sind injizierbar, ermöglichen eine Kontrolle der Abbaubarkeit in vivo und weisen eine gute Signalübertragung für den Einsatz als moderne implantierbare Bioelektroden auf. Die Studie wurde von Professor Jae Young Lee vom Gwangju Institute of Science and Technology geleitet und am 24. Februar 2023 in der Zeitschrift Small veröffentlicht.

Neuartige ICHs übertreffen bereits bestehende ICHs

Für die Synthese der injizierbaren leitfähigen Hydrogele (ICHs) verwendeten die Forscher Thiol-funktionalisiertes reduziertes Graphenoxid (F-rGO) als leitende Komponente, da es eine große Oberfläche und hervorragende elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt. Sie wählten Dimaleimid (PEG-2Mal)- und Diacrylat (PEG-2Ac)-funktionalisiertes Polyethylenglykol als Präpolymere, um die Entwicklung von ICHs zu erleichtern, die stabil bzw. hydrolysierbar sind. Diese Präpolymere wurden dann Thiol-En-Reaktionen mit Poly(ethylenglykol)-tetrathiol (PEG-4SH) und F-rGO unterzogen.

Die mit PEG-2Ac hergestellten ICHs waren abbaubar (DICH), während die mit PEG-2Mal stabil waren (SICH). Die Forscher fanden heraus, dass die neuartigen ICHs extrem gut an Gewebe banden und die höchsten Signale aufzeichneten. Damit übertreffen sie verschiedene bestehende ICHs. Unter In-vitro-Bedingungen wurde SICH einen Monat lang nicht abgebaut, während DICH ab dem dritten Tag allmählich abgebaut wurde.

Tierversuche zeigen die Möglichkeit einer unterschiedlichen Verwendung

Bei der Implantation in die Haut von Mäusen verschwand DICH nach drei Tagen der Verabreichung, während SICH seine Form bis zu sieben Tage lang behielt. Neben der kontrollierten Abbaubarkeit waren beide ICHs hautverträglich.

Darüber hinaus untersuchte das Team die Fähigkeit der ICHs, in vivo elektromyografische Signale in Rattenmuskeln und -haut aufzuzeichnen. Sowohl SICH als auch DICH zeichneten hochwertige Signale auf und übertrafen die Leistung herkömmlicher Metallelektroden. Die SICH-Aufzeichnungen konnten bis zu drei Wochen lang überwacht werden, während die DICH-Signale nach fünf Tagen vollständig verschwunden waren. Dies deutet darauf hin, dass die SICH-Elektroden für die Langzeitüberwachung von Signalen und die DICH-Elektroden für die vorübergehende Verwendung ohne chirurgische Entfernung geeignet sind.

Prof. Lee fasst die Ergebnisse zusammen: „Die von uns entwickelten neuartigen ICH-Elektroden auf Graphenbasis zeichnen sich durch hohe Signalempfindlichkeit, einfache Anwendung, minimale Invasivität und abstimmbare Abbaubarkeit aus. Insgesamt können diese Eigenschaften bei der Entwicklung fortschrittlicher Bioelektronik und funktioneller implantierbarer Bioelektroden für eine Vielzahl medizinischer Erkrankungen wie neuromuskuläre Krankheiten und neurologische Störungen helfen.“

Originalpublikation: Injectable Conductive Hydrogels with Tunable Degradability as Novel Implantable Bioelectrodes

Journal: Small

DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202300250

Authors: Junggeon Park(1), Sanghun Lee(1), Mingyu Lee(1), Hyung-Seok Kim(2), and Jae Young Lee(1)

(1) School of Materials Science and Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

(2) Department of Forensic Medicine, Chonnam National University Medical School

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