An der TU Dresden entsteht ein Hirnimplantat, das elektrische Signale messen und zugleich gezielt kühlen kann. Entwickelt wurde der Prototyp von Forschenden der TU Dresden, des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden und der Universität Sheffield. Die Idee klingt zunächst fast schlicht: Wo epileptische Aktivität aufflammt, soll die Kühlung sie örtlich begrenzt bremsen.

Dafür verbindet das 3D-gedruckte Implantat mehrere Funktionen auf engem Raum. Elektroden zeichnen die elektrische Hirnaktivität auf, mikrofluidische Kanäle führen die Kühlung zu einzelnen Hirnregionen, und weiche Silikonstrukturen sorgen gemeinsam mit gedruckten Verbundelektroden für eine anpassungsfähige Bauweise. Eine separate Steuerungseinheit überwacht und regelt Messung und Kühlung eigenständig.

Kühlen, messen, reagieren

Gerade am Gehirn zählt jeder Millimeter. Das Implantat liegt in Kontakt mit empfindlichem Gewebe und soll deshalb kompakt und anpassungsfähig bleiben. Die additive Fertigung könnte im Vergleich zu bisherigen Implantatkonzepten Baugröße, Herstellungsaufwand und technische Komplexität verringern.

In Finite-Elemente-Simulationen und in Gewebemodellen auf Agar-Basis zeigte sich eine schnelle, räumlich begrenzte und stabile Abkühlung. Danach prüften die Forschenden das System in einem Nagetiermodell für Epilepsie. Die 3D-gedruckten Elektroden lieferten elektrokortikografische Messdaten, kurz ECoG, deren Qualität mit einem kommerziellen System vergleichbar war.

Auch die entscheidende Frage wurde experimentell untersucht: Die lokale Kühlung unterdrückte anfallsähnliche Aktivität, die zuvor ausgelöst worden war. Das Implantat soll also nicht einfach das gesamte Gehirn herunterkühlen, sondern dort ansetzen, wo sich die epileptische Aktivität zeigt.

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Noch kein Schritt zum Menschen

Bis zu einer Anwendung am Menschen ist es allerdings noch ein gutes Stück Weg. Offen sind vor allem Fragen zur Langzeitverträglichkeit, zur Betriebssicherheit und zur dauerhaften Wirksamkeit. Das Projekt IntegraBrain wird vom Europäischen Forschungsrat gefördert.

Die Arbeit zeigt zunächst die technische Zusammenführung von Kühlung, Signalaufzeichnung und Steuerung in einem medizinischen Implantat. Als möglicher späterer Einsatzbereich gilt die medikamentenresistente fokale Epilepsie. Von einer fertigen Behandlung kann deshalb noch keine Rede sein – eher von einem Prototyp, der zeigt, dass mehrere bislang getrennte Aufgaben in einem System zusammenspielen können.

Einordnung in die Epilepsiebehandlung

Neurostimulation kommt als weitere Behandlungsmöglichkeit infrage, wenn Medikamente keine Anfallsfreiheit bewirken und ein epilepsiechirurgischer Eingriff nicht möglich ist. Dabei werden bestimmte Strukturen im Gehirn oder zuführende Nerven mit niedriger Stromstärke stimuliert. Zu den genannten Verfahren gehören die Vagus-Nerv-Stimulation und die tiefe Hirnstimulation.

Ihr Ziel ist es, die Übererregbarkeit des Gehirns zu verringern, die epileptischen Anfällen zugrunde liegt. Vollständige Anfallsfreiheit wird dabei nicht als Ziel angegeben. Angestrebt wird vielmehr, die Häufigkeit oder Schwere der Anfälle deutlich zu senken.

Neurostimulation ersetzt außerdem keine Medikamente, sondern wird ergänzend zur medikamentösen Therapie eingesetzt. Der Text und das Informationsfaltblatt der Deutschen Epilepsievereinigung wurden zuletzt im Dezember 2024 aktualisiert. Das Dresdner Implantat verfolgt mit der lokalen Kühlung einen anderen technischen Ansatz – und steht, trotz der ersten Ergebnisse aus Simulationen, Gewebemodellen und dem Nagetiermodell, noch am Anfang.