Stéphanie Lacour ist auf die Entwicklung flexibler Elektroden spezialisiert, die sich an die Bewegungen des Körpers anpassen und sich zuverlässiger mit dem Nervensystem verbinden.Grundsätzlich ist ihre Arbeit interdisziplinär.
Was war die Herausforderung? Die Aufgabe bestand darin, ein weitmaschiges Netz aus kortikalen Elektroden durch ein kleines Loch im Schädel einzuführen. Das Gerät sollte in dem etwa einen Millimeter breiten Spalt zwischen Schädel und Hirnoberfläche eingesetzt werden, ohne das Gehirn zu beschädigen.
"Minimalinvasive Neurotechnologien sind entscheidende Ansätze, um personalisierte und wirksame Therapien anzubieten", erklärt Stéphanie Lacour, Professorin am Neuro X Institut der EPFL. Wir mussten ein miniaturisiertes Elektrodenarray entwickeln, das sich biegen lässt, durch ein kleines Loch passt und sich dann auf einer flachen Oberfläche über der Hirnrinde entfaltet. Wir haben Konzepte aus der Robotik und der flexiblen Bioelektronik kombiniert".
Jeder Aspekt dieser neuen Elektrode - von der Spiralform der Arme bis hin zu ihrer Verlängerung über empfindliches Gehirngewebe - forderte den Erfindungsreichtum der Ingenieure heraus.
Ihr erster Prototyp besteht aus einem Elektrodenarray, das durch ein Loch mit einem Durchmesser von zwei Zentimetern verläuft, das sich aber nach dem Entfalten auf einen Durchmesser von vier Zentimetern ausdehnt. Es hat sechs spiralförmige Arme, die die von der Elektrodenanordnung eingenommene Fläche und damit die Anzahl der Elektroden, die mit dem Kortex in Kontakt kommen, maximieren. Gerade Arme würden zu einer ungleichmäßigen Verteilung und einer geringeren Kontaktfläche mit dem Gehirn führen.
Wie eine Art spiralförmiger Schmetterling, der vor der Metamorphose in seine Puppe eingespannt ist, wird das Elektrodenarray - komplett mit seinen spiralförmigen Armen - sorgfältig in ein zylindrisches Rohr - den Applikator - gefaltet, das bereit ist, sich durch ein kleines Loch im Schädel zu entfalten.
Mithilfe eines Eversionsmechanismus, der von der flexiblen Robotik inspiriert ist, werden die spiralförmigen Arme nacheinander über das empfindliche Gehirngewebe ausgebreitet. "Das Schöne am Eversionsmechanismus ist, dass wir eine Elektrode beliebiger Größe entfalten können und dabei sowohl eine konstante als auch eine minimale Kompression über dem Gehirn aufrechterhalten", erklärt Sukho Song, Erstautor der Studie. "Die Gemeinschaft der flexiblen Robotik hat großes Interesse an diesem Eversionsmechanismus gezeigt, weil er bio-inspiriert ist. Er emuliert das Wurzelwachstum von Bäumen, das keine Grenzen kennt".
Das Elektrodenarray sieht aus wie ein Gummihandschuh. Flexible Elektroden sind spiralförmig auf beiden Seiten der Finger verteilt. Der Handschuh wird auf die Rückseite gedreht und in den Applikatorzylinder gefaltet. Während des Entfaltens über dem Gehirn wird in jeden Arm nacheinander eine Flüssigkeit injiziert, die ihn auf die richtige Seite dreht.
Bisher wurde das Gerät erfolgreich an einem Zwergschwein getestet. Neurosoft Bioelectronics, ein Spin-off des Labors für flexible bioelektronische Schnittstellen der EPFL, wird diese flexible Neurotechnologie für den Transfer in die klinische Anwendung vorbereiten. Das Spin-off erhielt kürzlich 2,5 Millionen CHF, einen "Swiss Accelerator" von Innosuisse.
