Chronische Krankheiten wie Asthma, Diabetes und Co zukünftig ohne Medikamente therapieren

Chronische Krankheiten künftig ohne Medikamente heilen

Fachleute gehen davon aus, dass bioelektronische Arzneimittel (auch als Elektrozeutika bekannt) in einigen Jahren in der Lage sein werden, Krankheiten wie Diabetes, Asthma und Parkinson mit elektrischen Impulsen zu behandeln, ohne Medikamente zu brauchen, die den menschlichen Körper negativ beeinflussen können.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM wollen mit Mikroimplantaten Nervenzellen gezielt elektrisch stimulieren und damit chronische Leiden wie Asthma, Diabetes oder Parkinson behandeln. Was diese Therapieform so besonders macht und welche Herausforderungen die Forscher noch lösen müssen, erklären die Fachleute in einer aktuellen Mitteilung.

Signifikanter Einfluss auf die Lebensbedingungen in unserer modernen Gesellschaft

Es wird angenommen, dass bioelektronische Arzneimittel (auch als Elektrozeutika bekannt) künftig einen signifikanten Einfluss auf die Lebensbedingungen in unserer modernen Gesellschaft haben werden, heißt es auf dem Blog „REALIZM“ des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM.

Demnach werden Elektrozeutika in einigen Jahren in der Lage sein, Krankheiten und Beschwerden wie Diabetes, Asthma und Parkinson mit elektrischen Impulsen zu behandeln und ohne Medikamente, die den menschlichen Körper negativ beeinflussen können.

Fraunhofer-Forschende erklären die Methode anhand des Beispiels Harninkontinenz.

Jede vierte Frau von Harninkontinenz betroffen

Einer Studie des Robert-Koch-Instituts zufolge ist jede vierte Frau von Harninkontinenz betroffen.

Diese Form der Blasenschwäche wurde laut den Fachleuten bislang durch ein Beckenbodentraining, spezielle Schrittmacher, medikamentös oder sogar operativ behandelt.

Doch mithilfe von Mikroimplantaten könnten solche mitunter langwierigen und aufwändigen Therapieformen entfallen. Der Clou dabei: Die elektrische Stimulation hilft bestimmten Körperarealen dabei, ihre Funktion bei Bedarf durchzuführen.

Dr. Vasiliki Giagka erklärt die Methode: „Elektronische Implantate können unterbrochene Signale auslösen, sie können unerwünschte Signale blockieren, sie können aber auch Signale zu anderen Stellen im Körper überbrücken“, so die Gruppenleiterin am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM.

„Bei Patienten, die die Fähigkeit verloren haben, ihre Blase zu kontrollieren, könnte ein bioelektronisches Implantat jederzeit das Blasenvolumen messen und eine Meldung senden, wann eine Person auf die Toilette gehen sollte. Darüber hinaus könnte es ungewolltes Entleeren der Blase durch Hochfrequenzstimulation des betreffenden Nervs stoppen.“

Team arbeitet an flexibler und langlebiger Elektronik

Damit dies möglich wird, arbeitet das Team um Giagka zusammen mit Forschenden der Technischen Universität (TU) Delft (Niederlande) an miniaturisierter, flexibler und vor allem langlebiger Elektronik.

Einerseits müssen solche Elektroniksysteme über eine Sensoreinheit verfügen, die das Blasenvolumen erfasst und verarbeitet. Darüber hinaus müssen die Daten drahtlos aus dem Körper gesendet werden – eine Herausforderung, da das menschliche Innenleben mit seinen Organen und Körperflüssigkeiten für das Senden von Funksignalen äußerst ungünstig ist.

Noch eine weitere wichtige Funktion muss drahtlos erfolgen: das Laden des Implantats durch Ultraschall. Dabei versetzen Ultraschallwellen winzige Schwingkörper im Implantat in Bewegung und verformen es. Diese elastische Verformung wird in Strom umgewandelt.

Außerdem können derartige Mikroimplantate durch Elektroden Nervenzellen ansteuern und durch elektrische Impulse physiologische Abläufe aktivieren. Diese flexiblen Elektroden sind mit bis zu zehn Mikrometer dünnen Mikrochips verbunden.

Ziel ist es, hierdurch Feedback-Schleifen zwischen Nervenzellen und den Mikroimplantaten zu erzeugen und somit personalisierte und lokale Therapien für die Patientinnen und Patienten zu entwickeln.

Um an den neuronalen Schnittstellen Abstoßungsreaktionen des Körpers zu vermeiden, verwenden die Bioelektroniker um Giagka biokompatible Materialien wie Polymere, Edelmetalle sowie Silizium für die Elektronik.

Unerwünschte Nebenwirkungen minimieren

Die Forschung verwendet für solche Mikroimplantate seit einiger Zeit den Begriff Elektrozeutika, weil statt pharmazeutischer Produkte miniaturisierte Elektronik zum Einsatz kommt: Strom statt Pillen.

Wie es in der Mitteilung heißt, könnten mit diesem Ansatz ganze Therapien neu entwickelt und unerwünschte Nebenwirkungen minimiert werden. Neben Inkontinenzleiden sind auch mehrere weit verbreitete chronische Krankheiten behandelbar.

Voraussetzung ist, dass sich deren Wirkmechanismen durch Elektrostimulation gezielt beeinflussen lassen: Asthma, Diabetes, Parkinson, Migräne, Rheuma oder Bluthochdruck – die Liste ist lang und das Forschungspotenzial enorm.

Noch einige Hürden zu überwinden

Doch bis die Elektrozeutika in größerem Maßstab Anwendung finden, müssen noch einige Hürden überwunden werden: „Noch können wir nicht vorhersagen, wann erste klinische Erprobungen möglich sein werden: Zurzeit entwickeln wir passende Testmodelle, die die Zuverlässigkeit der Implantate während des gesamten Prozesses prüfen werden und bis dahin miniaturisieren und optimieren wir die Stimulatoren weiterhin“, erläutert Giagka.

Vor allem die Langlebigkeit der Mikrostimulatoren stellt bislang eine Herausforderung dar. Immerhin sollen die Implantate mehrere Jahrzehnte im Körper zuverlässig funktionieren. Ziel der Miniaturisierung ist es laut den Fachleuten, eine Gesamtgröße von weniger als einem Kubikzentimeter zu erreichen.

Ein besonderes Augenmerk legt das Forschungsteam um Giagka deshalb darauf, die Lebensdauer der Implantate zu erhöhen. Dazu belasten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Zuverlässigkeitstests die Mikrosysteme mit elektromagnetischen Schwingungen, Feuchte sowie Temperatur und berechnen daraus zunächst die tatsächliche Lebensdauer.

Zusätzlich passen sie das Chipdesign so an, dass sich die elektromagnetischen Belastungen während des Betriebs reduzieren. Hierdurch wird die Lebensdauer der Implantate sowie die mögliche Dauer ihrer Messfähigkeit deutlich verlängert. Den Angaben zufolge peilt das Team eine Gesamtlebensdauer von Jahrzehnten an. (ad)