Kontaktlinsen mit Hirnstimulation wirken antidepressiv wie Prozac

Technischer Hintergrund

Quelle: Neuroscience News: „Unsere Arbeit eröffnet eine völlig neue Front bei der Behandlung über das Auge," sagt der leitende Autor und Materialwissenschaftler Jang-Ung Park ät. „Wir glauben, dass dieser tragbare, medikamentenfreie Ansatz enormes Potenzial besitzt, die Behandlung – einschließlich Angststörungen, Drogenabhängigkeit und kognitivem Abbau – grundlegend zu verändern." Aktuelle Therapien gegen Depression – darunter Medikamente, Elektrokrampftherapie und Hirnimplantate – wirken, indem sie Hirnregionen und Schaltkreise ansprechen, die mit der Stimmung in Verbindung stehen.

Da die Netzhaut mit einigen dieser Regionen verbunden ist, wollten die Forscher untersuchen, ob das Auge als Weg genutzt werden kann, um das Gehirn zu stimulieren.

Bisher wurden intelligente Kontaktlinsen entwickelt, um Augen- und Stoffwechselstörungen zu überwachen, beispielsweise durch Messung des Augeninnendrucks oder des Glukosespiegels; dies ist jedoch das erste Mal, dass Kontaktlinsen zur Behandlung einer Gehirnkrankheit eingesetzt werden. „Da das Auge anatomisch Teil des Gehirns ist, fragten wir uns, ob eine einfache Kontaktlinse als sanfter, nicht-invasiver Zugang zu den Gehirnschaltkreisen dienen kann, die die Stimmung steuern", sagt Park.

Was die Studie zeigt

Die Kontaktlinsen stimulieren das Gehirn mittels einer Methode namens temporäre Interferenz, die zwei elektrische Signale an die Netzhaut liefert.

Diese elektrischen Signale werden erst an ihrem Schnittpunkt aktiv, was bedeutet, dass die Behandlung sehr präzise ist und nur spezifische Gehirnregionen anspricht. „Stellen Sie sich zwei Taschenlampen vor: Jeder Strahl allein ist schwach, doch wo sie sich überlappen, entsteht ein heller Fleck, der weit entfernt werden kann.

Unsere Kontaktlinse verhält sich mit zwei harmlosen elektrischen Signalen genauso", sagte Park. „Obwohl sich die Elektroden auf der Oberfläche des Auges befinden, werden die Signale erst dort aktiv, wo sie sich tief im Auge an der Netzhaut treffen, und aktivieren sanft die natürlichen Leitungsbahnen, die das Signal zu den im Gehirn liegenden Regionen, die für die Stimmung zuständig sind, weiterleiten." Die Forscher entwarfen die Linsen so, dass sie flexibel und transparent sind, indem sie Elektroden aus extrem dünnen Schichten aus Galliumoxid und Platin herstellten, und testeten anschließend die durch die Kontaktlinse übermittelte temporäre Interferenz an Mäusen mit induzierter Depression.

Technik und Auswirkungen

Die Forscher verglichen vier Gruppen von Mäusen: nicht-deprimierte Kontrollmäuse, depressive Mäuse ohne Behandlung, depressive Mäuse, die einer temporalen Interferenz ausgesetzt wurden, sowie depressive Mäuse, die Fluoxetin erhielten – einen selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI) und den Wirkstoff in Prozac.

Um den depressiven Zustand der Mäuse vor und nach der Behandlung zu bewerten, setzten das Team verhaltensbezogene Assays, elektrophysiologische Hirnaufzeichnungen sowie Messungen, die mit Depressionen assoziiert sind. Die Kontaktlinsen-basierte Behandlung reduzierte Anzeichen Kategorien.

Mäuse, die drei Wochen lang täglich lang einer temporalen Interferenz-Stimulation ausgesetzt waren, zeigten verhaltensbezogene Verbesserungen, die denen von Mäusen vergleichbar waren, die Fluoxetin erhalten hatten.

Moegliche Anwendungen

Aufzeichnungen der Hirnaktivität zeigten, dass die Behandlung die durch Depression verloren gegangene Vernetzung zwischen dem Hippocampus und dem präfrontalen Kortex wiederherstellte.

Die Behandlung führte zudem teilweise zur Wiederherstellung der Spiegel, die mit Depressionen in Verbindung stehen, darunter eine Verringerung entzündlicher Moleküle im Gehirn, eine 48-prozentige Senkung des Corticosteronspiegels im Blut und eine 47-prozentige Steigerung der Serotoninspiegel im Vergleich zu unbehandelten depressiven Mäusen. „Uns beeindruckte, dass Verbesserungen gleichzeitig im Verhalten, in der Gehirnaktivität und auf biologischer Ebene auftraten und dass der Effekt einem weit verbreiteten Antidepressivum vergleichbar war", sagt Park.

Als die Forscher ein maschinelles Lernmodell aufforderten, die Mäuse basierend auf ihrem Verhalten, ihrer Gehirnaktivität und ihren Biomarkerwerten zu gruppieren, ordnete das Modell konsistent die Mäuse aus der Kontaktlinsen-Behandlungsgruppe den nicht-depressiven Kontrolltieren zu und nicht den Mäusen aus der unbehandelten depressiven Gruppe. „Wie jede neue Medizintechnologie müssen unsere Kontaktlinsen vor dem Markteintritt eine strenge klinische Evaluation an Patientinnen und Patienten durchlaufen", sagt Park.

Was die Studie zeigt

Als Nächstes planen wir, die Linse vollständig drahtlos zu machen, ihre Langzeitsicherheit an größeren Tieren zu testen und die Stimulation für jeden Nutzer individuell anzupassen, bevor wir in klinische Studien an Patienten übergehen.

Diese Forschung wurde durch Fördermittel der National Research Foundation of Korea, des Institute for Basic Science und des Yonsei University Research Fund unterstützt. Beantwortete Schlüsselfragen: A: Nein. Die Autoren beschreiben die Stimulation als „sanft".

Aufgrund des temporalen Interferenzverfahrens bleiben die beiden Strahlen auf der Oberfläche „dimm" und harmlos; der „helle Fleck" der Aktivität bildet sich erst dort, wo sie sich tief im Inneren an der Netzhaut treffen.

Einordnung fuer Autofahrer

A: Der leitende Autor Jang-Ung Park glaubt, dass dieser „Grenzbereich" Behandlungen für Angststörungen, Drogenabhängigkeit und kognitiven Abbau letztlich revolutionieren könnte, indem er verschiedene Hirnschaltkreise über das Auge anspricht. A: Noch nicht.

Die Technologie muss noch Sicherheitsprüfungen an größeren Tieren und strenge klinische Studien am Menschen bestehen. Der nächste Schritt besteht darin, die Linsen vollständig drahtlos zu machen und die Stimulation für einzelne Nutzer zu personalisieren. Redaktionelle Hinweise: Dieser Artikel wurde News bearbeitet.

Zusätzliche Kontextinformationen wurden ügt. Über diese Neuigkeiten zur Neurotechnologie und Depressionforschung Autorin: Julia Grimmett Quelle: Cell Press Kontakt: Julia Grimmett – Cell Press Bild: Das Bild ist Neuroscience News zuzuordnen. Originale Forschung: Die Ergebnisse werden in Cell Reports Physical Science veröffentlicht.