Rheuma, Diabetes, Darmentzündungen: Viele Krankheiten lassen sich heute allenfalls in Schach halten, wenn Patienten täglich Medikamente nehmen – Risiken und Nebenwirkungen inbegriffen. Wie viel einfacher wäre es, wenn man bloß einen Knopf auf der Smartwatch drücken müsste – und damit den Körper dazu brächte, sich selbst zu kurieren?
Genau dieses Ziel verfolgt die Bioelektronik, eine junge Forschungsrichtung, die mit Elektroden im Körper gezielt Nerven stimuliert. Solche Elektrozeutika sollen krankmachende Prozesse stoppen – und das, so die Hoffnung, präziser und mit weniger Begleiterscheinungen als bei pharmazeutischen Therapien.
Der Darmstädter Pharmakonzern Merck forscht seit zwei Jahren auf diesem Feld – und verstärkt nun seinen Einsatz: Zusammen mit Innervia, einer Tochter des spanischen Start-ups Inbrain Neuroelectronics, hat das Unternehmen eine mehrjährige Kooperation gestartet, um bioelektronische Implantate zu entwickeln, die der Konkurrenz einiges voraus haben sollen.
Krankheiten auf die Nerven gehen
„Wir wollen Patienten mit chronischen Krankheiten neue personalisierte Therapien bieten“, sagt Robert Spoelgen, Chef für Bioelektronik im Merck Innovation Center. Der Fokus liege auf entzündlichen, metabolischen und hormonellen Erkrankungen. Mit heutigen Medikamenten seien viele Patienten nicht gut versorgt – Bioelektronik könne helfen, Krankheiten besser zu verstehen und zu behandeln.
Dazu wollen die Forscher den wohl wichtigsten Nervenstrang im Körper außerhalb des Gehirns ansprechen – den Vagusnerv. Das Bündel aus Nervenfasern läuft vom Gehirn über den Nacken bis in den Bauch und ist mit den wichtigsten Organen im Körper verbunden. Signale des Vagusnervs sollen beteiligt sein, wenn Menschen chronisch erkranken und etwa rheumatische Arthritis auftritt.
Umgekehrt zeigen Studien: Stimuliert man den Vagusnerv gezielt, kann das die Symptome bestimmter Krankheiten lindern. Seit Jahren entwickeln Unternehmen und Forscher darum Implantate, die mit leichten Stromimpulsen die Aktivität ausgewählter Vagusnervenfasern beeinflussen sollen und sich per Funk von außerhalb des Körpers steuern lassen.
Neuer Stoff für Implantate
Doch die Hürden sind hoch: Implantate müssen sehr klein sein, dürfen aber zugleich nicht zerbrechen; sie müssen Strom gut leiten und dennoch harmlos für das menschliche Körpergewebe sein. Herkömmliche Metallelektroden sind oft zu dick, zerbrechlich oder stromhungrig.
Das Start-up Inbrain will diese Hürden mit Hilfe eines Supermaterials überwinden: Graphen. Der Werkstoff, der erst seit 2004 bekannt ist, besteht aus Kohlenstoffatomen und ist nur ein Atom dick. Das macht ihn extrem leicht, flexibel, leitfähig und stabil – und zum Hoffnungsträger für leistungsstarke Solarzellen, superschnelle Computerchips und nun auch bioelektronische Implantate.
„Graphen sieht fragil aus, ist aber tatsächlich sehr stark“, sagt Carolina Aguilar, Mitgründerin und Chefin von Inbrain Neuroelectronics. „Es ist 200 bis 300 mal härter als Stahl.“ Inbrain hat eine Variante des Stoffs entwickelt, reduziertes Graphenoxid, die sich gut mit Körpergewebe verträgt und als Dünnschichtfolie drucken lässt. „Wir können Implantate von Millimeterformat auf Mikrometer schrumpfen“, sagt Aguilar.
Elektroden aus dem Drucker
Die Elektrode des Start-ups, die aussieht wie eine durchsichtige Plastikfolie, ist also nur noch einige Tausendstel Millimeter dünn und trotzdem stabil. Die Miniaturisierung erlaubt es, Implantate gezielt an einzelne Nervenfasern zu heften statt an ganze Nervenbündel. „So verhindern wir, dass wir bei Therapien ungewollt Nerven mit beeinflussen, die etwa zum Herzen führen“, sagt Aguilar.
Gleichzeitig leiten die Elektroden sehr gut elektrischen Strom – anders als Metall, das bei so geringer Größe starken elektrischen Widerstand entwickelt. Letzterer ist besonders hinderlich bei bestimmten Therapien, bei denen energiehungrige hochfrequente Stimulationen vorgesehen sind. „Damit wäre die Batterie des Implantats nach wenigen Stunden leer“, sagt Jurriaan Bakker, Technik-Chef der Inbrain-Ausgründung Innerva.
Mit Graphen soll der Stromverbrauch deutlich geringer sein – und neue Therapien, die etwa die Signalwege einzelner Nerven blockieren oder aktivieren, erstmals möglich machen. Gleichzeitig hoffen die Forscher, dass die Elektroden im Körper viele Jahre halten. „Das Material widersteht sehr gut Bewegungen des Körpers und anderen Stressfaktoren“, sagt Bakker.
In der Sprache des Körpers
Schon sehr bald würden die Implantate an Tieren getestet, sagt Merck-Forscher Spoelgen. Ziel sei es, nicht nur Nerven zu stimulieren, sondern ihre Aktivität auch zu messen und aufzuzeichnen. „Unser Team von Datenwissenschaftlern wird die Signale interpretieren“, sagt Spoelgen.
Die Forscher hoffen, die Vorgänge im Körper so im Detail zu entschlüsseln und Krankheiten besser zu verstehen. Im Alltag könnten Implantate künftig das Nervengewitter im Körper stetig analysieren. „Wir können die Sprache des Körpers sprechen“, sagt Spoelgen. Und dann auch heilend auf ihn einreden.
Inbrain-Gründerin Aguilar hofft, dass bioelektronische Implantate dann chronische Krankheiten so ähnlich im Griff halten können wie heute Insulinpumpen Diabetes kontrollieren. „Sie werden die Geräte vielleicht nicht sehen und fühlen, aber sie helfen Ihnen, ein normales Leben zu führen.“
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