Wissenschaftler aus den USA haben ein neues Gerät entwickelt, mit dem einige medizinische Implantate mit Energie versorgt werden können. Ein Chip auf Silizium-Platin-Basis, der in den Kopf einer Person passt, erzeugt Strom aus Glukose.
Es ist bekannt, dass alles Neue gut vergessen ist: Die Idee, Glukose als elektrische Energiequelle zu nutzen, ist nicht neu. Bereits in den 1970er Jahren haben Experten bewiesen, dass Sie Herzschrittmacher mit Glukose „füttern“können. Diese Entwicklung wurde jedoch zugunsten leistungsstärkerer Lithium-Ionen-Batterien aufgegeben.
Inzwischen ist Glukose eine Energiequelle für Lebewesen. Im menschlichen Körper führt der Abbau von Kohlenhydraten zu seiner Bildung.
Die Umwandlung von Glucose in Energie für Zellen erfolgt während der Glykolyse. In diesem Fall findet die Spaltung von Glucose und die Bildung des Nucleotids Adenosintriphosphat (oder ATP) statt, einer universellen Energiequelle für alle biochemischen Prozesse, die in lebenden Systemen ablaufen.
Um diese nahezu unbegrenzte Energie des menschlichen Körpers für Implantate zu nutzen, haben Wissenschaftler aus den USA einen elektronischen Halbleiterchip auf Siliziumbasis entwickelt.
Es wurden keine organischen Komponenten verwendet: Der Chip besteht aus einem Platinkatalysator, der Elektronen aus den Atomen entfernt, aus denen das Glucosemolekül besteht, und so die Aktivität von zellulären Enzymen nachahmt, die Glucose abbauen, um ATP zu produzieren.
Der Chip kann bis zu 180 Mikrowatt liefern. Laut den Entwicklern reicht dies aus, um Implantate mit extrem niedriger Energie zu versorgen.
„Es wird bald üblich sein, Implantate für Menschen mit Rückenmarksverletzungen zu installieren. In solchen Fällen benötigen wir ein Gerät, das wir erfunden haben, um Energie zu erzeugen, sagt einer der Autoren der Studie, Benjamin Rapoport, der im Rahmen des gemeinsamen Harvard-MIT-Programms zur Entwicklung von Gesundheitswissenschaften und -technologie (Health Sciences and Technology Program) arbeitet. Mit dem Chip können Patienten ihre Arme und Beine wieder bewegen.
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Der wahrscheinliche Ort der Chipimplantation ist der sogenannte Subarachnoidalraum. Dies ist der Hohlraum zwischen den mit Liquor cerebrospinalis (CSF) gefüllten Meningen.
CSF bietet eine geeignete Umgebung für implantierbare Brennstoffzellen. Erstens wird eine minimale Immunantwort des Körpers erwartet. Zweitens enthält es hunderte Male weniger Protein als beispielsweise im Blut, weshalb es weniger wahrscheinlich ist, dass der Chip mit Gewebe überwachsen wird. Drittens ist in der Liquor cerebrospinalis ein ausreichender Glukosespiegel vorhanden.
Die Sicherheit des Implantats wurde von Wissenschaftlern in Berechnungen des Glukoseverbrauchs und der Sauerstoffbilanzanalyse überprüft. Somit betrug der geschätzte Anteil der verwendeten Glukose 2,8 bis 28% der periodisch erneuerten Menge, was keine Nebenwirkungen verursachen sollte.
Laut den Forschern wurde der Chip noch nicht an Tieren und Menschen getestet, aber dieser Entwicklungsstand steht in den unmittelbaren Plänen der Wissenschaftler.
Ein Artikel im PLoS ONE Magazin erzählt mehr über den Chip.
