Vetenskap & Hälsa

Lyssnar i hjärnan med supertunna nanotrådar

2013-02-21

Elektroder som opererats in i hjärnan används idag både i forskning och för att behandla vissa sjukdomar, bl.a. Parkinsons sjukdom. Användningen har dock begränsats av deras storlek. Vid Lunds universitet har man nu för första gången lyckats inplantera en supertunn nanotrådsbaserad elektrod och uppfånga signaler från nervcellerna i hjärnan på ett försöksdjur.

Forskarna arbetar inom Neuronano Research Center i ett tvärvetenskapligt samarbete mellan experter i bl.a. neurofysiologi, elektrisk mätteknik och nanoteknik. Deras elektrod består av en samling nanotrådar, där varje nanotråd mäter bara 200 nanometer (miljarddels meter) i diameter.

Bilderna föreställer dels elektrodspetsen samt ett utsnitt av denna som visar de nanotrådar som uppfångar hjärnans signaler, dels nanotrådarna för sig. Det mått som anges på bilden är mikrometer, miljondels meter (= tusendelar av en millimeter). Bilder: Nanoneuro Research Center

Så tunna elektroder har hittills bara använts i försök med cellodlingar.

– Att göra försök på ett levande djur är mycket svårare. Vi är glada över att ha lyckats med att utveckla en fungerande nanoelektrod, få den på plats och uppfånga signaler från nervceller, säger professor Jens Schouenborg som leder Neuronano Research Center.

Han ser detta som ett verkligt genombrott, men samtidigt bara ett steg på vägen. Forskargruppen har redan arbetat i flera år med att utveckla elektroder som är tunna och flexibla nog för att inte störa hjärnvävnaden, och vars material inte heller retar cellerna i dess närhet. Nu har man fått det första beviset för att det går att få användbara nervsignaler från en elektrod i nanometerstorlek.

Den fortsatta forskningen kommer att ha flera inriktningar. Man vill bland annat försöka minska den ”bottenplatta” som nanotrådarna är förankrade till, förbättra anslutningen mellan elektroden och den elektronik som ska ta emot nervcellernas signaler, och experimentera med elektrodernas ytstruktur för att se vad som ger bäst signaler utan att skada hjärncellerna.

– Vår förhoppning är att i framtiden kunna göra elektroder med nanotillverkade ytor som anpassats till nervcellernas olika delar – delar som inte är större än några miljondels meter. Då skulle man kunna skräddarsy varje elektrod utifrån var den ska placeras och vilka signaler den ska uppfånga eller avge, säger Jens Schouenborg.

När en elektrod idag sätts in i hjärnan på en patient eller ett försöksdjur, så förankras den i regel i skallbenet. Det gör att den inte följer med på ett mjukt sätt när hjärnan rör sig, utan skaver mot den omkringliggande vävnaden vilket på sikt försämrar dess signaler. Lundagruppens elektroder ska i stället förankras genom sin ytstruktur.

– Med rätt mönster på ytan ska de kunna hålla sig på plats men ändå följa med när kroppen – och därmed hjärnan – rör sig, förklarar Jens Schouenborg.

Han lovordar samarbetet mellan medicinare, fysiker m fl inom Neuronano Research Center, och nämner särskilt fysikern Dmitry B. Suyatin. Denne står främst bland författarna till den artikel som forskarna nu publicerar i den internationella tidskriften PLOS ONE.

Det övergripande målet för Neuronano Research Center är att utveckla elektroder som kan sättas in i hjärnan för att studera inlärning, smärta och andra mekanismer, samt för att på sikt behandla tillstånd som kronisk smärta, depression och Parkinsons sjukdom.

Text: INGELA BJÖRCK

Artikeln är tidigare publicerad av Lunds universitet, 20 februari 2013