MIT-Implantat verteilt Medikamente mit Ultraschall weiter im Gehirn

Ingenieure des MIT haben ein implantierbares Gerät entwickelt, das ein Reservoir zur langsamen Wirkstofffreisetzung mit winzigen Ultraschallwandlern kombiniert, damit sich ein Medikament weiter durch Hirngewebe verteilt. Die Arbeit aus dem Labor von Canan Dagdeviren am MIT Media Lab wurde am 26. Oktober im Fachjournal Device veröffentlicht; getestet wurde sie bisher an einem Gewebemodell und an Mäusen.

Ziel ist es, ein Wiederauftreten des Glioblastoms, eines aggressiven Hirntumors, zu verhindern. Patienten werden in der Regel operiert, doch Chirurgen können selten jede Krebszelle entfernen, und der Tumor kehrt oft zurück. In den USA werden jährlich knapp über 10.000 Fälle diagnostiziert, und die Patienten überleben nach der Diagnose laut MIT im Durchschnitt 12 bis 15 Monate.

Warum Ultraschall hilft

Implantierbare Wirkstoffplättchen und Hydrogele gibt es bereits, sie wirken jedoch durch passive Diffusion. Das MIT-Team wollte mehr Kontrolle über Zeitpunkt und Verteilung. Frühere Forschung hatte gezeigt, dass Ultraschall konvektive Strömungen erzeugt, die Wirkstoffmoleküle weiter transportieren, und dass seine mechanischen Schwingungen die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend durchlässiger machen.

Das neue Gerät namens LUCID (Long-term Ultrasound-enhanced Convective Injection Device) ist ein flexibles Implantat, so dünn wie ein Blatt Karton. Eine Kanüle zur Medikamentenabgabe wird direkt auf ein Array aus 24 Miniatur-Ultraschallwandlern 3D-gedruckt, sodass die Schallwellen an der Nadelspitze erzeugt werden. Das Reservoir fasst etwa 100 Mikroliter Flüssigkeit, die Infusion wird von einer passiven osmotischen Pumpe angetrieben, und der Ultraschall wird drahtlos über Bluetooth gesteuert. Eine kleine Batterie lässt sich drahtlos aufladen.

Was die Experimente zeigten

In einem „Gewebephantom“, einem gelartigen Material, das menschliches Gewebe nachahmt, verteilte die ultraschallgestützte Abgabe die Wirkstoffmoleküle deutlich weiter als die Abgabe ohne Ultraschall. Bei Mäusen verabreichten die Forscher ein MRT-Kontrastmittel und stellten fest, dass es sich weiter durch das Gehirn ausbreitete, wenn das Ultraschall-Array eingeschaltet war. Dies waren Tests der Abgabe selbst; über eine Tumorbehandlung wurde nicht berichtet.

„Wir haben 24 Wandler in einem Ultraschall-Array, was einem bestimmten Medikament helfen kann, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und die Wirkstoffinfusion zu verbessern“, sagt Dagdeviren, die Seniorautorin der Studie. Der Erstautor Jason Hou ergänzt: „Ein Medikament ins Gehirn zu bringen, ist nur ein Teil der Herausforderung. Es muss sich auch durch das umgebende Gewebe verteilen.“

Wie es weitergeht

Würde das Gerät für Patienten weiterentwickelt, säßen Kanüle und Ultraschall-Array im Schädelinneren, während Batterie und Elektronik außerhalb bleiben könnten, so die Forscher. Sie halten es für möglich, dass die Technologie auch Immuntherapien oder Nukleinsäuren, einschließlich Gentherapien, abgeben und in anderen Organen als dem Gehirn eingesetzt werden könnte. Die Studie wurde vom MIT Media Lab Consortium und den National Institutes of Health finanziert. Mehr in Gesundheit und Wissenschaft.