Hjernechip opløser sig selv efter brug
En ny sensor til måling af trykket og temperaturen i kraniet bliver opløst og optaget af kroppen, når den har gjort sit arbejde. Teknologien virker hos rotter, og forskerne håber, at bionedbrydelige mikrochip også vil kunne anvendes til at overvåge organer hos mennesker.

Den lille sensor måler kun to millimeter på den ene led og en enkelt millimeter på den anden, og den er mindre end en tiendedel millimeter tyk. (Foto: J. Rogers, University of Illinois)

Et hårdt slag mod hovedet kan give skader, som øger trykket i kraniet. Det er farligt, for hvis trykket i kraniet bliver for højt, kan patienten få yderligere skader på hjernen og dø.

Derfor er det vigtigt løbende at måle dette såkaldte intrakraniale tryk. Nu har hjerneforskere fra Washington University School of Medicine i USA arbejdet sammen med ingeniører fra University of Illinois om at udvikle en lille sensor, der er i stand til at måle trykket og temperaturen i kraniet. I første omgang er metoden testet på rotter.

Sensoren er omtrent på størrelse med et riskorn, og den er speciel på den måde, at den stille og roligt går i opløsning og til sidst forsvinder fuldstændig. Derfor er der ikke brug for en operation for at fjerne den igen.

De materialer, som den lille chip er fremstillet af, silicium, magnesium og en bionedbrydelig polymer kaldet PLGA, opløses i kropsvæsker som for eksempel cerebrospinalvæsken, der dannes i hjernens hulrum.

De enkelte materialer er helt uskadelige i de små mængder, og de optages af kroppen uden store problemer. Det fremgår af den videnskabelige artikel i tidsskriftet Nature.

http://www.electronicproducts.com/uploadedImages/Biotech/Research/Brain_MEMS.gif
Billeder: J. Rogers, University of Illinois

Mindre risiko for infektioner

Sådan en lille, bionedbrydelig trykmåler er smart, for det er vigtigt at overvåge patienter, der har fået et voldsomt slag mod hovedet, for eksempel i forbindelse med en trafikulykke eller et fald.

Den tilskadekomne kan være i fare for at få forøget intrakranialt tryk, men med en opløselig chip kan patienten overvåges i det tidsrum, hvor der kan være fare på færde. Hvis trykket så bliver for højt, kan kirurgen føre et dræn ind i hjernens hulrum, så hjernevæsken kan komme ud, og trykket kan falde igen.

Fakta

Hvert år dør cirka 500 danskere efter at have slået hovedet.

Med den bionedbrydelige sensor kan patienterne slippe for en del komplikationer. Det fortæller neurokirurg og medforfatter til den videnskabelige artikel Rory Murphy fra Washington University School of Medicine i en pressemeddelelse:

»Implantater i kroppen aktiverer et immunrespons, som kan være problematisk for patienterne. Fordelen ved disse nye enheder er, at de opløses efter noget tid, så man ikke har noget siddende i kroppen igennem en længere periode og dermed øger risikoen for infektioner, kronisk betændelse og endda nedbrydning af huden eller det organ, hvor implantatet sidder.«

»Desuden er der ikke brug for et kirurgisk indgreb for at fjerne implantater, der optages af kroppen, og det mindsker risikoen for infektioner og andre komplikationer yderligere.«

Trykket fortæller om hjernens tilstand

I dag er det ren rutine at måle trykket i kraniet, når folk har slået hovedet alvorligt. Det fortæller Lars Kammersgaard, der er klinisk forskningslektor og overlæge, og som har sin daglige gang på Klinik for Højt Specialiseret Neurorehabilitering/Traumatisk Hjerneskade, der hører under Rigshospitalet.

»Trykket i kraniekassen er det, der fortæller mest om, hvordan hjernen har det. Det er den gyldne parameter, så at sige.«

En hjerneblødning kan få det intrakraniale tryk til at stige helt akut, men trykket kan også stige, fordi hjernen på grund af en skade begynder at danne mere væske, end den kan komme af med, eller fordi slaget har medført en væskeophobning, et hjerneødem.

»I dag fører man enten et plasticrør ind i et af hjernens væskefyldte hulrum, eller også lægger man en trykmåler ind, som måler trykket på hjernens overflade. I begge tilfælde skal man først bore et hul i kraniet. Fordelen med plasticrøret er, at man både kan måle trykket og tappe væske ud, hvis trykket er for højt. Men det er den anden løsning, som forskerne her vil forbedre,« siger Lars Kammersgaard.

Infektioner kan være alvorlige

Forskerne implanterede sensoren og en lille radiosender på hjernen af en rotte. Radiosenderen blev dog ikke fuldstændig opløst. (Illustration: Julie McMahon)

»Med de eksisterende metoder skal man foretage to operationer, trykmåleren skal lægges ind, og senere skal den ud igen. Det giver risiko for infektioner på hjernens overflade, meningitis, som er en alvorlig sag,« forsætter Lars Kammersgaard.

»Med en bionedbrydelig sensor kan man nøjes med én operation, og det er også en fordel, at chippen er så lille. Jo mindre, desto bedre. Både i forbindelse med operationen, men også fordi en lille sensor giver bedre mulighed for at placere den, præcis hvor man gerne vil måle. Måske kan man endda anbringe flere af dem forskellige steder, så man får et bedre billede af, hvordan situationen er rundtomkring i kraniekassen.«

Lars Kammersgaard mener, at det ville være oplagt at bruge sådan en chip på hospitalsafdelinger, der modtager patienter med hjerneskader. Men der er jo et stykke vej fra forsøg på rotter og til udbredt brug hos mennesker. 

Forsøg med trådløs sender

Chippen måler én gange to millimeter og er kun 0,08 millimeter tyk, og den har vist sig at fungere fint i kraniet på rotter. Forskerne kunne for eksempel måle den lille trykændring, der opstår, når rotten drejer hovedet.

Ved at ændre på tykkelsen af det materiale, sensoren er indkapslet i, kan man vælge holdbarheden. I eksperimentet fungerede sensoren fint i tre døgn, før den begyndte at gå i opløsning, men det er altså muligt at konstruere chippen sådan, at den kan give data i længere tid.

I et af forsøgene anbragte forskerne sensoren på rottens hjerne og forbandt den til en trådløs sender via tynde metalledninger gennem kraniet, ledninger der også forsvandt af sig selv.

I et andet eksperiment prøvede forskerne at implantere både sensor og trådløs sender i rottekraniet, så man også kan slippe for at føre ledninger ud gennem huden. Det kan nemlig også give infektioner. Men senderen blev kun delvist opløst, så der er stadig arbejde, der skal gøres.

Forskerne har store ambitioner om at udvikle flere mikrochip, der opløses i kroppen, og som også kan måle helbredstilstanden for andre organer end hjernen. De skal ikke blot kunne måle tryk og temperatur, men også bevægelser (eksempelvis hjerteslag) og pH-værdi.