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Magnetoceuticsl: Elektrostimulation mit Implantaten ohne Kabel

Elektrostimulation
Magnetoceuticals für Elektrostimulation ohne Kabel

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Magnetoceuticals: Lediglich ein magnetischer Implantatkörper wird in den menschlichen Körper implantiert. Die gesamte Intelligenz des elektronischen Systems sitzt in einer extrakorporalen, miniaturisierten Elektronik (Bild: Fraunhofer IBMT)
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Miniaturisierte Implantate, die ohne Batterie, Elektroden und Kabel auskommen, können Nervenenden stimulieren: Die Quelle für die gezielten Reize, die diese Magnetoceuticals abgeben, sind Magnetfelder.

Viele Erkrankungen werden heute medikamentös behandelt. Ein neuer Therapieansatz, bekannt unter dem Schlagwort „Bioelektronische Medizin“, sieht eine Therapie mittels Elektrostimulation vor. Im BMBF-Verbundprojekt „Magnetoceuticals“ entwickelt seit April 2019 ein Konsortium aus Forschungs- und Industriepartnern einen neuartigen Ansatz, wie sich das Nervengewebe stimulieren lässt, wenn man die elektrischen Reize auf der Basis elektromagnetischer Felder erzeugt. Die Idee: Das Implantat selbst ist stark miniaturisiert und passiv, es kommt ohne eigene Elektronik und Elektrodenkontakte aus und wird in Form eines biokompatibel gekapselten Magnetkörpers eingebracht. Die Elektronik wird extern am Körper in einem eigenen Gerät mitgeführt.

Die am Körper getragene Elektronik strahlt zeitveränderliche magnetische Felder in Richtung des Implantats ab. Das Implantat konzentriert diese und leitet sie an den Stimulationsort weiter. Gemäß den Maxwell-Gleichungen resultiert aus dem zeitveränderlichen Magnetfeld ein zeitveränderliches elektrisches Feld, das – bei geeigneter Wahl aller Parameter – im zu stimulierenden Gewebe ein Aktionspotenzial auslöst.

Stimulation ohne Batterie im Implantat

Die Stimulation soll so wirksam und ortsaufgelöst erfolgen, wie das heute bei sehr komplexen Implantaten bereits der Fall ist. Diese Art der Therapie kommt ohne Medikamente und ohne eine implantierte Elektronik und Elektroden aus. Dies erspart Kabelverbindungen zwischen Implantatelektronik und Elektroden. Auch Probleme wie Kabelbruch oder Elektrodenkorrosion werden vermieden. Es müssen auch keine besonderen Vorkehrungen zum Schutz des Implantats vor Feuchte getroffen werden, und ohne Batterie ist die Implantatlebensdauer praktisch unbegrenzt. Chirurgische Eingriffe für den Batteriewechsel entfallen.

Das Implantat eignet sich vor allem für Anwendungen, bei denen eine vorübergehende Stimulation Symptome lindern soll, wie zur Schmerzbehandlung, Senkung von Bluthochdruck, Bekämpfung von Migräne oder Reduzierung von Fettleibigkeit.

Die Schwerpunkte der Arbeiten des Fraunhofer- Instituts für Biomedizinische Technik IBMT liegen auf der Simulation des Gesamtsystems, dem Erarbeiten der Implantatkörper sowie dem Test der aufgebauten Systeme. Computersimulationen wurden eingesetzt, um eine geeignete Systemkonfiguration zu finden und die Geometrie des Implantatkörpers zu optimieren.

Neben den bereits erwähnten Vorteilen des elektrodenlosen Stimulationssystems ergaben die Simulationen einen weiteren Vorteil hinsichtlich der Anwendersicherheit: Die Geometrie des Implantatkörpers kann so gestaltet werden, dass der Implantatkörper in die magnetische Sättigung eintritt, sobald er Magnetfeldern ausgesetzt wird, die die für die Stimulation erforderliche Stärke überschreiten. Eine Überstimulation durch extrem starke Magnetfelder kann somit allein durch das geschickte Design des Implantatkörpers ausgeschlossen werden.

Kontakt zu den Forschern:
Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT
Dr. Thomas Velten
Abteilungsleiter
Ensheimer Straße 48
66386 St. Ingbert
Tel. +49 6897 9071-450

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